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(dá)到2700攝氏度以上，升降溫速率更是可達(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)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(jìn)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。

延伸閱讀：
《上海交大科學(xué)家利用3D打印創(chuàng)建細(xì)菌動能微觀泵》
《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)