我國學者打開水熱法合成納米材料的「黑匣子」

2021-01-16 小顆粒大世界

記者從中國科技大學獲悉，

該大學俞書宏院士團隊首次利用氧化石墨烯的液晶行為和凝膠化能力，與合作者合作獲得了具有環狀極性結構的凝膠，並根據凝膠的微觀結構揭示了水熱合成中的流體行為。

這個結果最近發表在著名的雜誌《物質》上。


在過去的100年中，水熱合成得到了廣泛的應用和發展，並且已經成為合成各種材料如單晶、金屬氧化物、陶瓷和納米複合材料的常用方法。然而，水熱合成中可用的信息僅限於輸入原料、輸出產物和反應條件。尚不清楚封閉系統中的反應過程是如何發生的。為了有效控制水熱合成產品的質量，了解和理解傳熱傳質過程尤為重要。因此，如何打開「黑匣子」成為水熱合成研究領域的一個挑戰。


研究人員發現：

在水熱條件下，氧化石墨烯納米片可以在流體剪切力的作用下沿流場方向排列。

此外，氧化石墨烯納米片可以用酚醛樹脂原位固定交聯，形成具有環狀結構的軸對稱凝膠。

研究人員可以通過直接觀察和分析凝膠的形態和結構來預測水熱合成中的流體行為。

據此，研究人員對加熱溫度、溶液粘度、反應器尺寸/形態等因素進行了研究。


結果表明：

溫差和反應釜內襯大小是影響特定反應對流的最重要因素。

反應釜體積越大，其中反應液體的傳熱就更不均勻，溫差越大，對流就更強烈。

增強對流的作用與機械擾動相同，產物均勻性變差，尤其是會對運用水熱法規模化合成納米線、納米片或大塊凝膠材料等產生不可忽視的影響，更強的流場會產生更多的雜質或導致三維塊材內部結構不均勻等現象。


該研究進一步加深了對水熱合成製備不同尺寸和形狀的微納米材料的過程和機理的理解，對未來納米材料水熱合成技術的發展具有重要的指導意義。



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