[发明专利]一种激光烧蚀制备微纳米中熵和高熵材料的方法

说明书

本发明公开了一种激光烧蚀制备微纳米中熵和高熵材料的方法，1)将拟合成中熵或高熵材料中各元素的前驱体以等摩尔比或近等摩尔比均匀溶解在溶剂中，然后滴涂至基底上蒸干；2)将步骤(1)中的基底转移至容器(烧杯)中，在液相环境下激光处理。实现前驱体混合物向中熵或高熵材料的快速化学转变。本发明操作简单，成本低廉，反应条件温和，快速高效且环保无污染。本发明技术可以实现中熵和高熵材料包括合金和陶瓷在任何材质基底上的担载，并且可以通过调控激光参数、液相温度等实验条件实现从纳米到微米级尺寸中熵和高熵材料的合成。

技术领域

本发明涉及中熵和高熵材料的制备技术，尤其是一种基于激光烧蚀技术制备微纳米中熵和高熵材料的方法。

背景介绍

高熵材料包括高熵合金和高熵陶瓷。高熵合金通常包含五种或以上的主元，且每种主元的摩尔百分数不会超过35％且不会低于5％，即按照等原子比或近等原子比形成单相固溶体结构。高熵陶瓷是由高熵合金延伸而来，常指由五种或五种以上陶瓷组元形成的固溶体，主要包括高熵氧化物、高熵硫化物、高熵磷化物等。这些高熵材料具有众多优异的性能，比如低层错能、热稳定性、抗辐照、抗腐蚀、优异的软磁性、以及易于克服性能上的“trade-off”效应等，这些独特的性能使其在工程应用领域展现了远大的发展前景。为了进一步扩宽高熵材料的应用范围，目前研究者开始关注微纳米高熵材料的合成，但相关技术还不成熟。本发明采用无靶材的激光液相烧蚀工艺合成微纳米高熵材料，该方法可以大幅度简化目前合成高熵材料的繁琐步骤，使在简单温和环境下量产微纳米高熵材料成为可能。此外，本发明的制备技术还可以合成由三种或四种主元组成的微纳米中熵合金或陶瓷。本发明技术可以实现中熵和高熵材料包括合金和陶瓷在任何材质基底上的担载，并且可以通过调控激光参数、液相温度等实验条件实现从纳米到微米级尺寸中熵和高熵材料的合成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种激光烧蚀制备微纳米中熵和高熵材料的方法。该方法操作简单，成本低廉，反应条件温和，快速高效且环保无污染。

为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现，一种激光烧蚀制备微纳米中熵和高熵材料的方法，包括以下步骤：

(1)将拟合成中熵和高熵材料中各元素的前驱体以等摩尔比或近等摩尔比(一般不超过等摩尔比15％的偏差)均匀溶解在溶剂中，然后滴涂至基底上干燥(如蒸发干燥等)。

(2)将步骤(1)中的基底转移至容器(烧杯)中，在施加液相的环境下激光处理。

进一步地，在步骤(1)中所涉及的中熵和高熵材料包括但不限于合金、氧化物、磷化物、硫化物、碳化物、氮化物以及硼化物。

中熵和高熵材料元素包括但不限于铂、金、钯、铱、钌、铑、铯、铜、铬、锡、铁、钴、镍、锌、锰、钒、钽、钨、铼、锇、铪、铟、铷、锶、硫、碳、氮、氧、磷、硼、锂等；各元素的前驱体包括但不限于氯化盐、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐以及硫粉、磷粉、次磷酸钠、硼酸钠以及氢氧化物等。

溶剂包括但不限于乙醇、甲醇、水、丙酮、异丙醇、二硫化碳等。

基底包括但不限于碳基底、金属基底、有机材料基底以及无机材料基底等。

更进一步地，在步骤(2)中所涉及的液相环境包括但不限于各类烷烃、乙醇、水、甲醇等。

激光包括但不限于纳秒激光以及飞秒激光。

激光处理参数为功率密度为10⁵～10⁹W/cm²,,频率为1Hz-80kHz。

激光波长涵盖紫外、可见和近红外光。