高溫火焰對于生產(chǎn)多種材料至關(guān)重要。然而,控制火焰及其與目標材料的相互作用是一項挑戰(zhàn)。科學家們現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種方法,利用分子薄保護層來控制火焰的熱量與材料的相互作用--馴服火焰,讓用戶能夠精細調(diào)整加工材料的特性。 有關(guān)這項工作的論文通訊作者、北卡羅來納州立大學材料科學與工程教授馬丁-修(Martin Thuo)說:"火是一種寶貴的工程工具--畢竟,高爐只是一種強烈的火。然而,一旦起火,往往很難控制它的行為。" "我們的技術(shù)被稱為反向熱降解(ITD),在目標材料上覆蓋一層納米級薄膜。薄膜會隨著火的熱度而變化,并調(diào)節(jié)能夠進入材料的氧氣量。這意味著我們可以控制材料的升溫速度,進而影響材料內(nèi)部發(fā)生的化學反應(yīng)。基本上,我們可以微調(diào)火焰改變材料的方式和位置"。 下面是 ITD 的工作原理。首先是目標材料,如纖維素纖維。然后在纖維上涂上一層納米厚的分子。然后將涂層纖維暴露在強烈的火焰中。分子的外表面很容易燃燒,使附近的溫度升高。但分子涂層的內(nèi)表面會發(fā)生化學變化,在纖維素纖維周圍形成一層更薄的玻璃層。這層玻璃限制了進入纖維的氧氣量,防止纖維素爆燃。相反,纖維會冒煙--從里到外慢慢燃燒。 Thuo說:"如果沒有ITD保護層,用火焰灼燒纖維素纖維只會導致灰燼。有了保護層,最終就會形成碳管。我們可以設(shè)計保護層,以調(diào)整到達目標材料的氧氣量。我們還可以設(shè)計目標材料,以產(chǎn)生理想的特性。" 研究人員利用纖維素纖維進行了概念驗證演示,以生產(chǎn)微尺度碳管。 研究人員可以通過控制纖維素纖維的大小來控制碳管管壁的厚度;通過向纖維中引入各種鹽類(進一步控制燃燒速度);以及通過改變通過保護層的氧氣量來控制碳管管壁的厚度。 Thuo說:"我們已經(jīng)想到了幾種應(yīng)用,并將在今后的研究中加以解決。我們也愿意與私營部門合作,探索各種實際用途,例如開發(fā)用于油水分離的工程碳管--這對工業(yè)應(yīng)用和環(huán)境修復都很有用。" |