華人科學(xué)家3D打印出世界上最小的加熱爐

美國馬里蘭大學(xué)胡良兵課題組最近發(fā)明了世界上首個可3D打印的微米級加熱爐,，這是迄今已知最小的加熱爐,，其優(yōu)異的性能為微納米級的精確加熱提供了可能,，將有助于推動熱學(xué)相關(guān)的微納米科學(xué)研究和工程應(yīng)用,。

這項成果近日發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會·納米》雜志上,。這種加熱爐溫度可以達到2700攝氏度以上,，升降溫速率更是可達20000攝氏度每秒。相比之下,，常規(guī)的加熱爐通常最高溫度不到1500攝氏度,，且升降溫速率一般低于100攝氏度每分鐘。另外,，爐子的龐大腔體使其無法進行精細(xì)的微納米級加熱,。

激光加熱是一種新型的加熱技術(shù)，可以針對特定微米級區(qū)域進行加熱,，但是激光設(shè)備極其昂貴,，且激光加熱只對吸收激光的材料有效，也只能對表面進行加熱,，導(dǎo)致材料加熱時溫度不均情況嚴(yán)重,。

胡良兵課題組利用3D打印機的三維精確、快速成型能力,，設(shè)計并制備出微米級加熱爐,，其特征尺寸在200微米以下，近似頭發(fā)絲,，并有望持續(xù)降低,。打印墨水是高濃度氧化石墨烯的水溶液，相比于其他3D打印墨水,，氧化石墨烯安全穩(wěn)定,，制備簡單便宜，同時水溶劑不會造成環(huán)境污染，很適合于規(guī)�,；�生產(chǎn),。

工作時，通過輸入不同功率的電信號,，利用焦耳熱可實現(xiàn)對這種微米級加熱爐溫度的精細(xì)調(diào)控,。氧化石墨烯加熱后轉(zhuǎn)化成類似石墨烯的結(jié)構(gòu)，其碳－碳共價鍵確保了熱力學(xué)穩(wěn)定性,，因此能輕松升溫到2700攝氏度以上,。微型化的爐子能夠快速集聚熱量，使得超快速加熱成為可能,，整個升溫過程可以在100毫秒內(nèi)完成,。

論文第一作者、馬里蘭大學(xué)在讀博士生姚永剛說,，利用3D打印技術(shù)制備的微米級加熱爐,，其性能優(yōu)異，成型快速,，而且制備價格低廉,，為微納米科學(xué)和工程研究提供了一種極具優(yōu)勢的加熱手段，為促進新的微納米級材料性能尤其是熱學(xué)相關(guān)性能的研究提供了可能,。

微納米級科技是現(xiàn)代科學(xué)研究的前沿及熱點,。但研究微納米級材料的物理性能和化學(xué)反應(yīng)，尤其是溫度相關(guān)的材料表征和制備,，必須首先開發(fā)合適于微納米級加熱的裝置,，要求其能對于特定微納米級區(qū)域進行加熱，同時其加熱溫度范圍和加熱速率也需要可精細(xì)調(diào)控,。

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《中國留學(xué)生3D打印科研工作獲NASA“外太空移民計劃”挑戰(zhàn)頭獎》

來源：新華網(wǎng)