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中科大科研团队“揭秘”水热合成法制备纳米材料密闭过程

发布时间:2020-3-25 10:06:04      阅读860

  日前,中科大科研团队首次揭示水热合成中的流体行为,进而了解这种密闭体系反应发生的过程。该研究进一步增进了对水热合成法制备不同尺度和形状的微纳材料过程及机理的理解,对今后水热法合成纳米材料技术的发展具有重要的指导意义。该成果日前发表于著名期刊《物质》上。

 

 


  利用GO的液晶行为和凝胶化能力揭示间歇式水热合成中的流场。A,室温下一杯冷水中存在的随机流场。B,氧化石墨烯的液晶行为。C-E,GO纳米片沿流线方向排列并由酚醛树脂固定。F,GO与酚醛树脂结合的分子结构图。
  水热合成法已成为合成单晶、金属氧化物、陶瓷、沸石和纳米复合材料等多种材料的常用方法。然而,水热合成中所能获得的信息仅限于输入原料、输出产物及反应条件,人们对密闭体系反应中的过程是如何发生的尚不清楚。为了有效地控制水热合成产物的质量,对其中传热传质过程的认识和理解就显得尤为重要。因密封的水热反应釜以及高温高压条件,难以实现原位观察。
  中国科学技术大学俞书宏团队与工程科学学院丁航课题组和吴恒安课题组合作,首次利用氧化石墨烯(GO)的液晶行为和凝胶化能力,借助酚醛树脂(PF)的固化定型作用,获得具有环形极向结构的凝胶(GO/PF凝胶),根据凝胶的微观结构来揭示水热合成中的流体行为。
  研究结果表明,无论反应釜聚四氟乙烯内衬的大小和几何形状如何,水热合成中的对流总是存在。对于特定的反应,温差和反应釜内衬大小是影响对流的最主要因素(图2)。反应釜体积越大,其中反应液体的传热就更不均匀,温差越大,对流就更强烈。增强对流的作用与机械扰动相同,产物均匀性变差,尤其是会对运用水热法规模化合成纳米线、纳米片或大块凝胶材料等产生不可忽视的影响,更强的流场会产生更多的杂质或导致三维块材内部结构不均匀等现象。
  来源:粉体圈

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