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赖斯大学詹姆斯·图尔实验室开发了一种新方法，称为闪内闪焦耳加热 (FWF)，可以改变高质量固态材料的合成，提供更清洁、更快速、更可持续的制造工艺。该研究结果于 8 月 8 日发表在《自然化学》杂志上。
传统上，合成固态材料是一个耗时耗能的过程，而且经常会产生有害的副产品。但 FWF 可以在几秒钟内生产出克级的多种化合物，同时减少 50% 以上的能源、水消耗和温室气体排放，为可持续制造树立了新标准。
这项创新研究以图尔 2020 年开发的废物处理和升级再造应用为基础，该技术使用闪速焦耳加热，即让电流通过中等电阻材料，快速将其加热到 3,000 摄氏度以上（5,000 华氏度以上），并将其转化为其他物质。
“关键在于，我们以前只对碳和一些其他可能导电的化合物进行闪蒸，”TT and WF Chao 化学教授兼材料科学和纳米工程教授 Tour 说道。“现在我们可以对元素周期表的其余部分进行闪蒸合成。这是一个巨大的进步。”
FWF 的成功之处在于它能够克服传统闪蒸焦耳加热方法的传导性限制。该团队（包括博士生 Chi Hun “Will” Choi 和通讯作者、化学、材料科学和纳米工程助理教授 Yimo Han）采用了一个装有冶金焦炭的外部闪蒸加热容器和一个装有目标试剂的半封闭内部反应器。FWF 产生约 2,000 摄氏度的高温，通过热传导将试剂迅速转化为高质量材料。
研究表明，这种新方法可以合成 20 多种独特的高纯度、高一致性的相位选择性材料。FWF 的多功能性和可扩展性非常适合生产下一代半导体材料，例如二硒化钼 (MoSe2)、二硒化钨和 α 相硒化铟，这些材料使用传统技术合成起来非常困难。
Choi 表示：“与传统方法不同，FWF 不需要添加导电剂，从而减少了杂质和副产品的形成。”
这一进步为电子、催化、能源和基础研究创造了新的机遇。它还为制造各种材料提供了可持续的解决方案。此外，FWF 有可能彻底改变航空航天等行业，在这些行业中，FWF 制造的 MoSe2 等材料作为固态润滑剂表现出卓越的性能。
“FWF 代表了材料合成领域的一次变革，”Han 说道。“通过提供一种可扩展且可持续的方法来生产高质量的固态材料，它解决了制造过程中的障碍，同时为更清洁、更高效的未来铺平了道路。”
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发表于 2024-8-19 15:14:41