【天泓山庄】高温条件被普遍用于材料合成和制造它不仅能提供高活化能来驱动反应而且可以大大加速动力学过程以实现快速可量产的制造特别地

    高温条件被普遍用于材料合成和制造它不仅能提供高活化能来驱动反应而且可以大大加速动力学过程以实现快速可量产的制造特别地

鉴于此，马里兰大学胡良兵教授团队开发了一种由电焦耳加热触发的3d打印还原氧化石墨烯（reduced graphene-oxide，rgo）热探针。该rgo热探针具有出色的热稳定性，可实现高达≈3000 k的高温，具有≈105k s-1的超快加热/冷却速率和低至毫秒级的高时间分辨率，可实现极端和非平衡加热条件下的热图案成型和纳米材料合成。（小编粗略估算：3000k换算为摄氏度为2726.85℃，从25℃加热至2726.85℃，只需27ms，再冷却至25℃也为27ms,一个来回54ms，或更短时间。又根据时间单位换算，一天一夜24小时，有480万个刹那,或24万个瞬间,12千个弹指,30个须臾.再细算,一昼夜有86400秒,那么,一瞬间为0.36秒，那么这一加热冷却过程不到一瞬间）。该项工作为高精度热驱动表面图案和微/纳米制造提供了有效的加热策略。该研究以题为“3d printed graphene-based 3000 k probe”的论文发表在最新一期《 advanced functional materials》上。

【3d打印rgo探针的制备】

作者通过抗坏血酸将氧化石墨烯（go）进行还原，从而使go形成微凝胶结构。接着将浓缩的rgo与pluronic f-127进行混合，来进一步提升材料的保水性能以及rgo墨水的稳定性。如此制备出的可打印rgo墨水具有低流动性和自支撑能力。接着，通过调整打印参数（例如，打印压力、速度和喷嘴直径），作者采用这种rgo墨水通过直写式方法打印了rgo探针。由于该3d可打印墨水的特性，可以通过调整打印参数来灵活设计和打印rgo探针的尺寸和形状，以满足不同的加热要求。作者还展示了其他三种结构，包括锯齿形、s形和直角形细丝。此外，作者还印刷了细丝宽度低至100 µm的较小rgo探针，并以此说明使用该rgo墨水实现微米级rgo探针打印的可行性。打印后的rgo探针立即用液氮处理以冷冻宏观结构并形成多孔微结构，然后进行冷冻干燥过程以去除水分。作者通过sem图像证明，在冷冻铸造处理过程中，部分还原的rgo墨水中的交联rgo片在冰晶的挤压下可以组装成微观蜂窝结构。该蜂窝状微结构使rgo片具有很少的内部接触，因此具有更大的接触电阻，这有助于在低输入电流下进行高温焦耳加热。此外，牢固结合的蜂窝状微结构提供了高机械强度，这有利于其在随后的电加热和表面图案化操作中保持形状。