Наночастицы высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) стали перспективными материалами для катализа и фотоники благодаря синергетическому эффекту множества составляющих элементов на наноуровне. Однако синтез таких многоэлементных систем остается сложной задачей, особенно на нано- и субмикронном уровнях, поскольку различия в физических и химических свойствах элементов приводят к неоднородности состава и фазовому разделению.
В ходе исследования, опубликованного в журнале Journal of Alloys and Compounds, ученые из Университета Осаки создали субмикрометровые частицы (SMP) FeCoNi, CrFeCoNi и CrMnFeCoNi методом лазерной абляции в жидкости с использованием субнаносекундных лазерных импульсов с длиной волны 355, 532 и 1064 нм в воде. Анализ отдельных SMP с помощью сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии показал, что их можно разделить на четыре структурных типа в зависимости от пространственного распределения элементов: ядро-оболочка, сегрегация в форме полумесяца, равномерное распределение и фазовое разделение.
Кроме того, при диаметре примерно 200 нм наблюдался критический размерно-зависимый переход в элементном составе, особенно при использовании лазерных импульсов с длиной волны 355 нм. В этом случае среднеразмерные микроструктурные частицы демонстрировали значительные отклонения в элементном составе, в частности обогащение Cr, Mn или Fe в зависимости от сплава, в то время как крупноразмерные микроструктурные частицы сохраняли стехиометрию, почти совпадающую со стехиометрией основной мишени, но демонстрировали сегрегацию.
Кроме того, результаты показывают, что преимущественное окисление на поверхности частиц служит основной движущей силой для сегрегации таких элементов, как хром, марганец и железо, в поверхностном слое. Эта работа позволяет лучше понять сложные механизмы формирования частиц многоэлементных сплавов при субнаносекундной лазерной абляции в воде и предлагает зависящую от длины волны стратегию контроля поверхностных свойств и стехиометрии частиц высокоэнергетических аэрозолей.
