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美国研究团队合成多尺度多主元素合金有望促进未来能源转换和存储应用发展

盖世汽车 Elisha 2024-11-14 10:16:38

核心提示：研究人员通过集成加工框架成功合成由镍、铁和锰组成的多尺度多主元素合金（MPEA），这为加速发现和生产新型多尺度MPEA提供了新途径。

盖世汽车讯据外媒报道，马萨诸塞大学（University of Massachusetts）和宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）的研究人员通过集成加工框架成功合成由镍、铁和锰组成的多尺度多主元素合金（MPEA），该框架结合了直接墨水书写（DIW）基增材制造和化学脱合金。这项研究为加速发现和生产新型多尺度MPEA提供了新途径，并为能源转换和存储应用提供巨大潜力。相关论文发表在期刊《材料展望（Materials Futures）》上。

（图片来源：马萨诸塞大学）

MEPA是一种基于多主元素随机混合的金属合金，其机械性能和功能性均高于传统合金。然而，这种合金的实际应用面临两大挑战，包括难以大量制造块状纳米结构MPEA，以及进行高通量发现所需的巨大成分空间。作为解决方案，这两个大学的研究团队达成合作，通过结合DIW基增材制造与化学脱合金的集成方法，成功合成了一种定制成分分层多孔NiFeMn MPEA。

由于多尺度孔隙有助于实现高效扩散，该团队可以在不延长脱合金时间的情况下制备出大块样本。通过调整起始金属粉末的比例，研究人员实现了对成分的简单控制，从而为发现高通量材料提供了途径，如同此项研究中具有成分依赖性的析氧反应（OER）案例所示。

这种集成方法结合基于机器学习的仿真，可用于探索MPEA的巨大成分空间。这一点非常重要，因为成分-性能关系通常是非线性的，并因MPEA的基本相和微观结构而变得复杂，因此需要进行全面且高通量的材料发现。

这项研究成果有望拓宽制造块状纳米结构MPEA的可能性。此外，这项研究以具有成分依赖性的OER性能为例进行了展示，而这项技术可以超越OER扩展至其他许多成分复杂的合金系统，用于析氢反应和氧还原反应等电化学反应，以实现大量可再生能源应用。