日前，中科大科研團(tuán)隊(duì)首次揭示水熱合成中的流體行為，進(jìn)而了解這種密閉體系反應(yīng)發(fā)生的過程。該研究進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)水熱合成法制備不同尺度和形狀的微納材料過程及機(jī)理的理解，對(duì)今后水熱法合成納米材料技術(shù)的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。該成果日前發(fā)表于著名期刊《物質(zhì)》上。

利用GO的液晶行為和凝膠化能力揭示間歇式水熱合成中的流場(chǎng)。A，室溫下一杯冷水中存在的隨機(jī)流場(chǎng)。B，氧化石墨烯的液晶行為。C-E，GO納米片沿流線方向排列并由酚醛樹脂固定。F，GO與酚醛樹脂結(jié)合的分子結(jié)構(gòu)圖。

水熱合成法已成為合成單晶、金屬氧化物、陶瓷、沸石和納米復(fù)合材料等多種材料的常用方法。然而，水熱合成中所能獲得的信息僅限于輸入原料、輸出產(chǎn)物及反應(yīng)條件，人們對(duì)密閉體系反應(yīng)中的過程是如何發(fā)生的尚不清楚。為了有效地控制水熱合成產(chǎn)物的質(zhì)量，對(duì)其中傳熱傳質(zhì)過程的認(rèn)識(shí)和理解就顯得尤為重要。因密封的水熱反應(yīng)釜以及高溫高壓條件，難以實(shí)現(xiàn)原位觀察。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏團(tuán)隊(duì)與工程科學(xué)學(xué)院丁航課題組和吳恒安課題組合作，首次利用氧化石墨烯（GO）的液晶行為和凝膠化能力，借助酚醛樹脂（PF）的固化定型作用，獲得具有環(huán)形極向結(jié)構(gòu)的凝膠（GO/PF 凝膠），根據(jù)凝膠的微觀結(jié)構(gòu)來揭示水熱合成中的流體行為。

研究結(jié)果表明，無論反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯的大小和幾何形狀如何，水熱合成中的對(duì)流總是存在。對(duì)于特定的反應(yīng)，溫差和反應(yīng)釜內(nèi)襯大小是影響對(duì)流的最主要因素（圖2）。反應(yīng)釜體積越大，其中反應(yīng)液體的傳熱就更不均勻，溫差越大，對(duì)流就更強(qiáng)烈。增強(qiáng)對(duì)流的作用與機(jī)械擾動(dòng)相同，產(chǎn)物均勻性變差，尤其是會(huì)對(duì)運(yùn)用水熱法規(guī)模化合成納米線、納米片或大塊凝膠材料等產(chǎn)生不可忽視的影響，更強(qiáng)的流場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生更多的雜質(zhì)或?qū)е氯S塊材內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻等現(xiàn)象。

參考來源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

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