Кристаллическая структура и дисперсный состав наночастиц многокомпонентного (NiCoCrFeAl)xOy оксида, полученных совместным электрическим взрывом проволочек
К.В. Сулиз, А.В. Пустовалов, А.В. Первиков
ФГБУН Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.916
Оригинальная статья
Аннотация: Образцы наночастиц (NiCoCrFeAl)xOy с содержанием алюминия 18, 30 и 35 ат.% получены совместным электрическим взрывом проволок в атмосфере Ar + 25 мол.% O2. Установлено, что при совместном электрическом взрыве проволок, содержащих указанные металлы от 5 до 35 ат.%, формируются сферические наночастицы c преобладающей кристаллической структурой, соответствующей шпинели. Содержание в образцах фазы каменной соли уменьшается с увеличением содержания алюминия в продуктах взрыва. Параметр решетки фазы шпинели уменьшается с 8,251 до 8,182 Å при увеличении содержания алюминия в продуктах взрыва с 18 до 35 ат.%. Данные энергодисперсионного анализа свидетельствуют об однородном распределении металлов в объеме наночастиц. На примере получения наночастиц (NiCoCrFeAl)xOy с заданной кристаллической структурой, показана необходимость учета не только соотношения металлов в продуктах взрыва проволок, но и термодинамических условий формирования наночастиц, которые определяются величиной давления и теплопроводностью буферного газа.
Ключевые слова: многокомпонентные оксиды, наночастицы, электрический взрыв проволок, просвечивающая электронная микроскопия, энергодисперсионный анализ, рентгенофазовый анализ
- Сулиз Константин Владимирович – младший научный сотрудник лаборатории нанобиоинженерии, ФГБУН Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
- Пустовалов Алексей Витальевич – к.т.н., младший научный сотрудник лаборатории физикохимии высокодисперсных материалов, ФГБУН Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
- Первиков Александр Васильевич – к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории физикохимии высокодисперсных материалов, ФГБУН Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
Ссылка для цитирования:
Сулиз, К.В. Кристаллическая структура и дисперсный состав наночастиц многокомпонентного (NiCoCrFeAl)xOy оксида, полученных совместным электрическим взрывом проволочек / К.В. Сулиз, А.В. Пустовалов, А.В. Первиков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 916-927. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.916. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Jiao, Y. Overview of high-entropy oxide ceramics / Y. Jiao, J. Dai, Z. Fan et al. // Materials Today. – 2024. – V. 77. – P. 92-117. DOI: 10.1016/j.mattod.2024.06.005.
2. Liu, C. Advances in high entropy oxides: synthesis, structure, properties and beyond / C. Liu, S. Li, Y. Zheng et al. // Progress in Materials Science. – 2025. – V. 148. – Art. № 101385. – 53 p. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2024.101385.
3. Rost, C.M. Entropy-stabilized oxides / C.M. Rost, E. Sachet, T. Borman et al. // Nature Communications. – 2015. – V.6. – Art. № 8485. – 8 p. DOI: 10.1038/ncomms9485.
4. Mo, Y. Oriented catalysis through chaos: high-entropy spinels in heterogeneous reactions / Y. Mo, X. Guan, S.Wang, X. Duan // Chemical Science. – 2025. – V. 16. – I. 4.– P. 1652-1676. DOI: 10.1039/d4sc05539j.
5. Hou, J. Thermal properties of high-entropy fluorite (Zr0.2Hf0.2Pr0.2La0.2×0.2)O2-δ(X=Dy, Ho, Er, Y, Tm): A first-principles combined with experimental study investigating the influence of size and mass difference effect / J. Hou, Y. Liu, C. Cheng et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2024. – V. 996. – Art. № 174774. – 12 р. DOI: 10.1016/j.jallcom.2024.174774.
6. Ma, J. High-entropy perovskite oxides for energy materials: A review / J. Ma, T. Liu, W. Ye et al. // Journal of Energy Storage. – 2024. – V. 90. – Part A. – Art. № 111890. – 24 р. DOI: 10.1016/j.est.2024.111890.
7. Li, X. Research progress on high-entropy oxides as advanced anode, cathode, and solid-electrolyte materials for lithium-ion batteries / X. Li, W. Zhang, K. Lv et al. // Journal of Power Sources. – 2024. – V. 620. – Art. № 235259. – 16 p. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2024.235259.
8. Fracchia, M. A new eight-cation inverse high entropy spinel with large configurational entropy in both tetrahedral and octahedral sites: Synthesis and cation distribution by X-ray absorption spectroscopy / M. Fracchia, M. Manzoli, U. Anselmi-Tamburini, P. Ghigna // Scripta Materialia. – 2020. – V. 188. – P. 26-31. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2020.07.002.
9. Zhao, S. Preparation and electrocatalytic properties of (FeCrCoNiAl0.1)Ox high-entropy oxide and NiCo-(FeCrCoNiAl0.1)Ox heterojunction films / S. Zhao, H. Wu, R. Yin, et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – V.868. – Art. № 159108. – 10 р. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.159108.
10. Zhu, H. Structure and magnetic properties of a class of spinel high-entropy oxides / H. Zhu, H. Xie, Y. Zhao et al. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2021. – V. 535. – Art. № 168063. – 7 р. DOI: 10.1016/j.jmmm.2021.168063.
11. Xiang, H.-Z. Porous spinel-type (Al0.2CoCrFeMnNi)0.58O4-δ high entropy oxide as a novel high-performance anode material for lithium-ion batteries / H.-Z. Xiang, H.-X. Xie, Y.-X. Chen et al. // Journal of Materials Science. – 2021. – V. 56. – I. 13. – P. 8127-8142. DOI: 10.1007/s10853-021-05805-5.
12. Riley, C. Platinum on high-entropy aluminate spinels as thermally stable CO oxidation catalysts / C. Riley, A. De La Riva, N. Valdez et al. // Catalysts. – 2024. – V. 14. – I. 3. – Art. № 211. – 13 р. DOI: 10.3390/catal14030211.
13. Pervikov, A.V. Metal, metal composite, and composited nanoparticles obtained by electrical explosion of wires / A.V. Pervikov // Nanobiotechnology Reports. – 2021. – V. 16. – I. 4. – P. 401-420. DOI:10.1134/S2635167621040091.
14. Romanova, V.M. Electric explosion of thin wires (a paradigm shift) / V.M. Romanova, I.N. Tilikin, A.E. Ter-Oganesyan et al. // Plasma Physics Reports. – 2024. – V. 50. – I. 9. – P. 1111-1121. DOI: 10.1134/S1063780X24600750.
15. Kotov, Y.A. The electrical explosion of wire: A method for the synthesis of weakly aggregated nanopowders / Y.A. Kotov // Nanotechnologies in Russia. – 2009. – V. 4. – I. 7-8. – P. 415-424. DOI: 10.1134/S1995078009070039.
16. Pervikov, A. Energy characteristics of the electrical explosion of two intertwined wires made of dissimilar metals / A. Pervikov, E. Glazkova, M. Lerner. // Physics of Plasmas. – 2018. – V. 25. – I. 7. – Art. № 070701. – 7 р. DOI: 10.1063/1.5034184.
17. Suliz, K.V. Control of cluster coalescence during formation of bimetallic nanoparticles and nanoalloys obtained via electric explosion of two wires / K.V. Suliz, A.Yu. Kolosov, V.S. Myasnichenko et al. // Advanced Powder Technology. – 2022. – V. 33. – I. 3. – Art. № 103518. – 15 р. DOI: 10.1016/j.apt.2022.103518.
18. Dabrowa, J. Synthesis and microstructure of the (Co,Cr,Fe,Mn,Ni)3O4 high entropy oxide characterized by spinel structure / J. Dabrowa, M. Stygar, A. Mikula et al. // Materials Letters. – 2018. – V. 216. – P. 32-36. DOI: 10.1016/j.matlet.2017.12.148.
19. Takeuchi, A. Classification of bulk metallic glasses by atomic size difference, heat of mixing and period of constituent elements and its application to characterization of the main alloying element / A. Takeuchi, A. Inoue // Materials Transaction. – 2005. – V. 46. – I. 12. – P. 2817-2829. DOI: 10.2320/matertrans.46.2817.
20. Tkachenko, S.I. Distribution of matter in the current-carrying plasma and dense core of the discharge channel formed upon electrical wire explosion / S.I. Tkachenko, A.R. Mingaleev, V.M. Romanova et al. // Plasma Physics Reports. – 2009. – V. 35. – I. 9. – P. 734-753. DOI: 10.1134/S1063780X09090037.
21. Bochicchio, D. Morphological instability of core-shell metallic nanoparticles / D. Bochicchio, R. Ferrando // Physical Review B. – 2013. – V. 87. – I. 16. – Art. № 165435. – 13 р. DOI: 10.1103/PhysRevB.87.165435.
22. Suliz, K.V. One-step novel synthesis of multicomponent oxide nanoparticles via joint exploding wires of dissimilar metals/alloys / K.V. Suliz, G.O. Agafonov, V.V. Shmakov et al. // Ceramics International. – 2025. – V. 51. – I. 18. – P. 25632-25643. DOI: 10.1016/j.ceramint.2025.03.245.