微調火災：北卡羅來納州立大學研究人員的奈米材料提供控制

發布日期： 2023 年 8 月 15 日

高溫火焰可用於製造多種材料，但一旦著火，就很難控制火焰與要處理的材料之間的相互作用。研究人員現已開發出一種技術，利用分子薄的保護層來控制火焰的熱量與材料的相互作用，從而控制火焰並允許使用者微調加工材料的特性。

「火是一種有價值的工程工具——畢竟，高爐只是一場猛烈的火災，」說 馬丁·托，該工作論文的通訊作者，北卡羅來納州立大學材料科學與工程教授。 「然而，一旦起火，你通常無法控制它的行為。

「我們的技術稱為逆熱降解（ITD），在目標材料上採用奈米級薄膜。薄膜會隨著火的熱量而變化，並調節進入材料的氧氣量。這意味著我們可以控製材料加熱的速度，進而影響材料內發生的化學反應。基本上，我們可以微調火災改變材料的方式和地點。

以下是 ITD 的運作方式。您從目標材料開始，例如纖維素纖維。然後，該纖維被塗上一層奈米厚的分子。然後將塗覆的纖維暴露於強烈的火焰中。分子的外表面很容易燃燒，從而提高附近的溫度。但分子塗層的內表面發生化學變化，在纖維素纖維周圍形成較薄的玻璃層。這種玻璃限制了進入纖維的氧氣量，防止纖維素起火。相反，纖維會陰燃——從內到外緩慢燃燒。

「如果沒有 ITD 的保護層，對纖維素纖維施加火焰只會產生灰燼，」Thuo 說。 「有了 ITD 的保護層，你最終會得到碳管。

「我們可以設計保護層，以調整到達目標材料的氧氣量。我們可以設計目標材料，以產生理想的特性。

研究人員用纖維素纖維進行了概念驗證演示，以生產微型碳管。

研究人員可以透過控制纖維素纖維的尺寸來控制碳管壁的厚度。透過向纖維中引入各種鹽（進一步控制燃燒速率）；並透過改變穿過保護層的氧氣量。

「我們已經考慮了幾種應用，我們將在未來的研究中解決這些問題，」圖說。 “我們也願意與私營部門合作探索各種實際用途，例如開髮用於油水分離的工程碳管，這對於工業應用和環境修復都有用。”

該論文“透過熱變形表面加合物進行空間定向熱解，」發表在雜誌上 應用化學。共同作者是 Dhanush Jamadgni 和 Alana Pauls 博士。北卡羅來納州立大學的學生；張 (Julia Chang) 和安德魯馬丁 (Andrew Martin)，北卡羅來納州立大學博士後研究員；愛荷華州立大學的 Chuanshen Du、Paul Gregory、Rick Dorn 和 Aaron Rossini；和不列顛哥倫比亞大學的 E. Johan Foster。

原文來源： WRAL 技術線