Synthese von Hochentropielegierungs-Nanopartikeln durch gepulste Laserablation in Flüssigkeiten: Einfluss der Zielvorbereitung auf Stöchiometrie und Produktivität

Zusammenfassung Hochentropielegierungen (HEAs) haben eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Bereichen, einschließlich des Bauingenieurwesens, der biomedizinischen Wissenschaft, Katalyse, Magnetismus und der nuklearen Technologie. Nanoskala HEA-Partikel zeigen vielversprechende katalytische Eigenschaften. Dennoch stellt die Erreichung einer vielseitigen Zusammensetzungskontrolle in Nanopartikeln eine anhaltende Herausforderung dar. Diese Studie schlägt die Verwendung von gepulster Laserablation in Flüssigkeiten (PLAL) zur Synthese von Nanopartikeln unter Verwendung äquiatomarer CoCrFeMnNi-Ziele mit unterschiedlichen Vorbereitungsverfahren vor. Wir bewerten den Einfluss der Zielvorbereitungsmethode auf die Ausbeute und Zusammensetzung der Nanopartikel sowie auf die magnetischen Eigenschaften der Nanopartikel. Das elementare pulverbeschichtete wärmebehandelte Ziel (HEA-PP), das als das zeiteffizienteste und kostengünstigste identifiziert wurde, zeigt im Vergleich zu mechanisch bearbeitetem heißgepresstem Pulver (HEA-BP) und kubischen Einfachelement-Kristall (FCC) Legierung-Zielen eine auffällige Segregation und nicht gleichmäßige elementare Verteilung. Aus allen Zielen können in Ethanol Nanopartikel (Größen von 2 bis 120 nm) mit einer nahezu äquiatomaren CoCrFeMnNi-Zusammensetzung und einer FCC-Struktur hergestellt werden, die eine Oxidation von bis zu 20 at.% zeigen. Nanopartikel aus HEA-PP existieren in einem Feststofflösungszustand, während diejenigen aus HEA-BP und HEA-SX aufgrund inkohärenter Materialexpulsion Kern-Hüllen-Strukturen mit einer Mn-Hülle bilden, was durch Massenspektrometrie bestätigt wird. Die PLAL-Synthese von HEA-PP zeigt eine um 6,8 % und 15,1 % höhere Produktivität im Vergleich zu HEA-BP und HEA-SX und etabliert die PLAL von elementar pulverbeschichteten Zielen als eine zuverlässige, zeiteffiziente und kostengünstige Methode zur Erzeugung von Feststofflösungs-HEA-Nanopartikeln.