1、"Electric Field Effects in Flash Joule Heating Synthesis"发表在《Journal of the American Chemical Society》

      闪蒸焦耳加热（Flash Joule heating）作为一种超快速、可扩展且多功能的纳米材料合成方法，在石墨烯等材料的制备中展现出显著优势。本文通过实验和理论分析，解析了热效应和电效应在闪蒸焦耳加热合成石墨烯过程中的各自贡献。传统的石墨烯合成方法主要依赖于化学或热驱动机制，而我们的研究结果表明，石墨烯前驱体中电荷的存在及其产生的电场能够催化石墨烯的形成。此外，通过调节电流或脉冲宽度，可以实现材料从无定形碳到涡流石墨烯，最终到有序（AB堆叠和ABC堆叠）石墨烯及石墨的三步相变调控。最后，密度泛函理论（DFT）模拟揭示了石墨烯前驱体内部由电荷和电流诱导的电场能够通过降低反应活化能来促进相变过程。这些结果表明，在闪蒸焦耳加热过程中，电流通过固体样品可以直接驱动纳米晶体的成核，这一发现为未来的焦耳加热或其他电合成策略提供了新的见解。

原文链接：电场效应在闪蒸焦耳加热合成中的作用

               https://doi.org/10.1021/jacs.4c02864

2、"Flash upcycling of waste glass fibre-reinforced plastics to silicon carbide"发表在《Nature Sustainability》

美国工程院院士、美国莱斯大学James M. Tour教授团队开发了一种无溶剂、高能效的闪蒸升级再造方法—闪蒸碳热还原技术（FCR），可以将不同纤维增强塑料的混合物超快转化为碳化硅（一种广泛使用的增强材料和半导体材料），且产量高（大于90%）。通过改变反应温度和反应时间，可以制备出3C和6H两种不同相态的碳化硅材料，这两种不同相态的碳化硅具有不同的性质。例如，3C-SiC具有更小的带隙，更低的热导率、更高的电子迁移率和更高的硬度。基于制备的碳化硅材料，进一步探究了不同相态碳化硅材料在锂离子电池负极中的应用，并发现3C-SiC负极具有更高的比容量和更优异的倍率性能。技术经济分析结果显示，FCR技术处理一吨GFRP的成本低至47美元，分别为溶解法和焚烧法的0.2%和3.4%。生命周期分析结果表明，相较于焚烧、溶剂化处理等方法，FCR方法仅仅在数秒时间内即可实现GFRP的有效回收，极大地降低了能量需求、温室气体排放和水的消耗。

鉴于全球废弃纤维增强塑料的数量不断增加，闪蒸碳热还原技术方法提供了一种经济、环保的途径，可将废纤维增强塑料升级回收为具有良好相位可控性的高附加值碳化硅。这不仅减轻了废物处理的负担，并大大减少了传统回收方法产生的二次废物流，该方法还可扩展到多种含硅废物的回收利用。相关研究成果发表于《Nature Sustainability》

3、"Kinetically Controlled Synthesis of Metallic Glass Nanoparticles with Expanded Composition Space"发表在《Advanced Materials》

      纳米尺度金属玻璃为研究非晶态固体的基本性质以及在生物医学、微工程和催化等领域的技术应用提供了重要机会。然而，其制备方法面临诸多限制：自上而下（top-down）的制备方法受限于块体金属玻璃的可获得性，而自下而上（bottom-up）的合成方法由于严格的形成条件仍未得到充分探索。本文开发了一种动力学控制的闪蒸碳热反应方法，通过超快速加热（>10^5 K/s）和冷却速率（>10^4 K/s），在毫秒时间内合成金属玻璃纳米颗粒。本文提出的闪蒸碳热反应方法能够在极短时间内实现金属玻璃纳米颗粒的合成。通过精确控制反应条件，成功制备了九种不同成分的金属玻璃纳米颗粒（M1─M2─P，其中M1 = Pt/Pd，M2 = Cu/Ni/Fe/Co/Sn），并实现了颗粒尺寸和基底的广泛调控。通过组合开发，研究发现纳米尺度金属玻璃的成分空间比块体金属玻璃显著扩大，揭示了纳米尺寸效应增强了玻璃形成能力。基于这一发现，成功合成了多种在块体状态下从未实现过的金属玻璃成分。同时，金属玻璃纳米颗粒在生物医学、微电子和能源存储等领域的应用也值得进一步探索。总之，本文的研究为纳米尺度金属玻璃的合成与应用开辟了新的途径，具有重要的科学意义和应用价值。

原文链接：动力学控制的闪蒸焦耳热方法毫秒时间内合成金属玻璃纳米颗粒                           

https://doi.org/10.1002/adma.202309956 

4、Replacement of Concrete Aggregates with Coal-Derived Flash Graphene发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》

       每年，亚洲、非洲和拉丁美洲发展中经济体的城市增长推动了对混凝土的需求，以满足其不断增长人口的住房和服务需求。自1950年以来，城市地区的人口数量已翻了两番，达到42亿，预计未来三十年还将增加25亿。混凝土中体积最大的组成部分是骨料，如沙子和岩石，其中沙子是世界上开采量最大的材料。然而，目前沙子的开采速度超过了其自然补充速度，这意味着全球范围内适合混凝土使用的沙子极有可能出现短缺。因此，对沙子等细骨料的替代品需求迫切。本文采用闪速焦耳加热（FJH）技术将煤衍生的冶金焦（MC）转化为闪蒸石墨烯骨料（FGA），这是一种由MC衍生的闪蒸石墨烯（MCFG）混合而成的材料，其尺寸与天然骨料（NA）相似。虽然石墨烯和氧化石墨烯此前已被用作混凝土的增强添加剂，但本文中FGA被用作天然骨料的完全替代品，从而使混凝土重量减轻25%，同时韧性、峰值应变和比抗压强度分别提高了32%、33%和21%，而比杨氏模量仅小幅下降了11%。FJH技术有望实现用FGA替代细天然骨料，从而生产出更轻、更强的混凝土。

原文链接：用煤衍生的闪蒸石墨烯替代混凝土骨料                           

https://doi.org/10.1002/adma.202309956 

作者简介

James M. Tour

       詹姆斯·M·图尔（James M. Tour）是美国著名化学家、纳米技术专家和材料科学家，现任莱斯大学（Rice University）化学系教授，同时担任计算机科学、材料科学和纳米工程等多个领域的教授职位。他是纳米科技领域的国际权威，尤其在碳材料（如石墨烯、碳纳米管）、分子电子学和纳米医学等领域取得了卓越成就。

       图尔教授的研究涵盖了从基础科学到实际应用的广泛领域，包括新型材料的开发、纳米机器、分子电子器件、能源存储与转换（如锂离子电池和超级电容器）、以及环境治理技术（如从废弃物中提取石墨烯）。他的团队还致力于开发新型癌症治疗方法和纳米医学技术。

       图尔教授发表了大量高影响力的学术论文，并拥有众多专利。他的研究成果不仅在学术界备受瞩目，还在工业界得到了广泛应用。他还是一位活跃的科学传播者，致力于向公众普及科学知识。

       图尔教授曾获得多项荣誉和奖项，包括美国化学会（ACS）奖、费曼纳米技术奖等。他的研究工作对推动纳米技术和材料科学的发展具有重要意义。

焦耳热产品咨询热线：18551298526（王经理）

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