本發(fā)明涉及一種離子層外延法合成高熵合金氧化物的制備方法，屬于材料加工。

背景技術(shù)：

1、通常高熵合金的制備需要特定的實(shí)驗(yàn)裝置，且溫度常常高達(dá)1200℃，這伴隨著巨大的能耗，并且對(duì)降溫速率同樣有著嚴(yán)苛的要求，這對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備也是一種限制，水熱法雖然可以一定程度上減小制備過程中的能耗，但產(chǎn)率以及后續(xù)材料可調(diào)性對(duì)其仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。為了解決上述問題，本發(fā)明克服了高熵合金材料制備的復(fù)雜設(shè)備要求，高溫反應(yīng)條件以及相應(yīng)產(chǎn)生的高能耗、制備時(shí)間較長(zhǎng)、效率較低等缺點(diǎn)，提供了一種自組裝離子層外延法低溫合成二維高熵氧化物材料的方法，所述方法利用互不相溶的液體-空氣界面作為軟模板，采用陰/陽(yáng)離子表面活性劑在水面，與溶液中金屬陽(yáng)/陰離子發(fā)生電荷吸引，形成不同的高熵氧化物。通過對(duì)金屬前驅(qū)體溶液類別的改變，所用摩爾量的改變，以及不同反應(yīng)溫度以及反應(yīng)時(shí)間和不同表面活性劑的選用，可以進(jìn)行大范圍金屬元素的選用和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。利用此發(fā)明，可在低溫環(huán)境下，低成本、高效的大面積合成不同種類以及形貌的高熵氧化物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決問題為提供設(shè)備要求簡(jiǎn)單，低能耗、高效率的高熵合金材料的制備方法，進(jìn)而提出一種離子層外延法合成高熵合金氧化物的制備方法。

2、本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明提出一種離子層外延法合成高熵合金氧化物的制備方法，包括：

3、步驟1：配置表面活性劑；

4、步驟2：配置金屬鹽前驅(qū)體溶液；

5、步驟3：配置尿素溶液；

6、步驟4：根據(jù)表面活性劑類型，選擇性的用移液槍依次吸取配置的金屬鹽前驅(qū)體溶液和配置的尿素溶液，放入15ml的玻璃瓶中，并向玻璃瓶中加入5ml的去離子水；根據(jù)玻璃瓶?jī)?nèi)溶液類型，用移液槍吸取相應(yīng)的表面活性劑，滴加在玻璃瓶?jī)?nèi)溶液的表面，敞開瓶口靜置10min，等待其中表面活性劑溶劑揮發(fā)后，旋緊瓶蓋，得到反應(yīng)前驅(qū)體溶液；

7、步驟5：若滴加在玻璃瓶?jī)?nèi)溶液的表面的陰離子表面活性劑，則將玻璃瓶放入80℃的鼓風(fēng)干燥箱中，保溫100min-2.5h后在水-空氣兩相界面得到高熵合金氧化物；若滴加在玻璃瓶?jī)?nèi)溶液的表面的陽(yáng)離子表面活性劑，則在陰涼常溫環(huán)境下反應(yīng)6-7.5h，在水-空氣兩相界面得到高熵合金氧化物；

8、步驟6：用鑷子夾取帶有氧化層的硅片，在液面略微傾斜浸入，再垂直向后提拉，在硅片上得到高熵合金氧化物。

9、步驟6中，硅片必須有一定角度傾斜以及后續(xù)提起和拉扯動(dòng)作，以避免二維材料的堆疊和撈取失敗，造成后續(xù)形貌觀察困難。

10、可選的，步驟1中表面活性劑由表面活性劑溶液和溶劑配置而成，表面活性劑包括陽(yáng)離子表面活性劑和陰離子表面活性劑；

11、表面活性劑溶液包括但不限于硬脂酸、油胺、十二烷基硫酸鈉、油醇硫酸酯鈉和十二烷基苯磺酸鈉；

12、溶液包括但不限于二氯甲烷和三氯甲烷。

13、可選的，陰離子表面活性劑的配置步驟包括：

14、將2.56g硬脂酸與10ml的二氯甲烷配制成0.9m的溶液，充分混合，形成澄清透明的溶液，靜置24h后得到陰離子表面活性劑。

15、可選的，陽(yáng)離子表面活性劑的配置步驟包括：

16、將體積比為1:500的油胺和二氯甲烷，配制成體積為10ml的溶液，充分混合，形成澄清透明溶液，靜置24h后得到陽(yáng)離子表面活性劑。

17、由于配置的陰離子表面活性劑和陽(yáng)離子表面活性劑均具有揮發(fā)性，所以陰離子表面活性劑和陽(yáng)離子表面活性劑的保存方式均為在陰涼避光處，且存儲(chǔ)表面活性劑溶液的玻璃瓶應(yīng)用頂空蓋，以防止表面活性劑中溶劑的揮發(fā)造成的有毒氣體污染和表面活性劑溶液濃度產(chǎn)生偏差。

18、可選的，步驟2中金屬前驅(qū)體溶液的配置步驟包括：

19、用電子天平稱量質(zhì)量比為0.002g:0.0435g:0.019g:0.0436g:0.0271g:0.024g:0.037g:0.135g的pt鹽、ni鹽、fe鹽、co鹽、zn鹽、cu鹽、al鹽和、mo鹽，將稱量的pt鹽、ni鹽、fe鹽、co鹽、zn鹽、cu鹽、al鹽和、mo鹽放入玻璃瓶中，用移液槍移取34μlmn鹽溶液滴加到玻璃瓶中，并向玻璃瓶中加入5ml的去離子水，充分溶解混勻后磁力攪拌10min，得到總體積為5ml的金屬鹽前驅(qū)體溶液；

20、金屬鹽溶液包括但不限于六水合氯鉑酸、六水合硝酸鎳、氯化亞鐵、六水合硝酸鈷、六水合硝酸鋅、硝酸錳溶液，九水合硝酸鋁，六水合硝酸銅和鉬酸銨的溶液。

21、其中，氯化亞鐵溶液容易被氧化，需要在每次使用時(shí)重新配置，保證實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性和成功率。

22、可選的，步驟3中尿素溶液的配置步驟包括：

23、用電子天平稱量0.018g的尿素，放入15ml的玻璃瓶中，向玻璃瓶中加入10ml的去離子水進(jìn)行溶解，充分混勻后得到尿素溶液；

24、所述尿素溶液用于調(diào)節(jié)溶液堿性環(huán)境，可用六次甲基四胺、氫氧化鈉中的一種代替。

25、可選的，步驟4中反應(yīng)前驅(qū)體溶液制備過程中，若滴加的表面活性劑類型為陽(yáng)性表面活性劑，則用移液槍吸取5μl配置的包括鉬酸銨的金屬鹽前驅(qū)體溶液，放入15ml的玻璃瓶中，在玻璃瓶中加入5ml的去離子水，靜置30min后用移液槍吸取6-10μl陽(yáng)離子表面活性劑滴加在瓶?jī)?nèi)溶液的表面，敞開瓶口靜置10min，等待其中表面活性劑溶劑揮發(fā)后，旋緊瓶蓋；

26、若滴加的表面活性劑類型為陰離子表面活性劑，則用移液槍依次吸取5μl配置的金屬鹽前驅(qū)體溶液和10μl尿素溶液，向玻璃瓶中加入5ml去離子水，將金屬鹽前驅(qū)體溶液與尿素溶液在玻璃瓶中靜置30min后用移液槍吸取6-10μl陰離子表面活性劑滴加在瓶?jī)?nèi)溶液的表面，敞開瓶口靜置10min，等待其中表面活性劑溶劑揮發(fā)后，旋緊瓶蓋。

27、在步驟4加入去離子水的過程中需平穩(wěn)加入，不能讓水濺到玻璃瓶壁上，以免后續(xù)表面活性劑的滴加會(huì)沾染到瓶壁而無(wú)法將準(zhǔn)確量的表面活性劑滴加進(jìn)溶液液面上。

28、靜置30min的作用是讓金屬鹽溶液充分混合均勻，不能使用磁力攪拌裝置，以免造成溶液污染以及溶液掛壁現(xiàn)象，產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差或是實(shí)驗(yàn)失敗。

29、滴加表面活性劑時(shí)可以采取兩種方法，一種是貼緊液面上一小節(jié)瓶壁緩慢滴加，鋪蓋表面；另一種是垂直瓶壁，在液面一側(cè)緩慢滴加。

30、可選的，步驟4-6反應(yīng)過程中使用襯底進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，所述襯底包括但不限于硅片、fto玻璃和ito玻璃。

31、本發(fā)明的有益效果是：

32、1、本發(fā)明在低溫條件下就能合成二維高熵氧化物，無(wú)需使用常規(guī)1200℃及以上超高溫度以及后續(xù)快速降溫等處理，這可以大大減少以往高熵氧化物合成所需的能源損耗以及實(shí)驗(yàn)過程中的危險(xiǎn)性。

33、2、由于實(shí)驗(yàn)過程靈活，本發(fā)明便更易觀察高熵氧化物的形貌結(jié)構(gòu)以及生長(zhǎng)趨勢(shì)，可供研究所選金屬類比是否有合成趨勢(shì)，如果沒有明顯合成趨勢(shì)，就可以免去后續(xù)不必要的資源浪費(fèi)，也可以節(jié)約時(shí)間成本。

34、3、本發(fā)明可以通過改變或替換不同的金屬鹽前驅(qū)體，改變反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間，表面活性劑類別，表面活性劑用量等方法探究不同高熵氧化物的合成，對(duì)于高熵氧化物微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及其用途的優(yōu)化有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

35、4、盡管本實(shí)驗(yàn)中使用了少量的貴金屬，但由于其用量極小，且整體金屬鹽的用量也極為有限，因此對(duì)這些材料的利用率非常高，少量的金屬鹽用量便可以進(jìn)行大量的合成反應(yīng)，因此可以不去考慮試劑浪費(fèi)等問題而開展許多平行實(shí)驗(yàn)，可以更高效便捷的大規(guī)模合成高熵氧化物。

36、5、本發(fā)明實(shí)驗(yàn)過程中通過使用常見的設(shè)備和簡(jiǎn)化的操作步驟，無(wú)需高溫反應(yīng)器，激光，特殊降溫裝置等，所用觀察襯底可以多次利用，使得合成過程更易于推廣和應(yīng)用。