高熵纳米微球的瞬态超高温制备开题报告

1. 研究目的与意义

瞬态超高温加热是指能在毫秒级的超短时间内产生2000 K以上的超高温的加热技术，其不仅可提供高活化能来驱动反应的发生，而且可大幅度加速反应的动力学过程以实现高熵纳米微球等特殊微纳材料的快速及量产化的制备。开发具有微区加热能力的高精度、高效率瞬态超高温加热技术，对于热驱动纳米制造来说具有重要意义。

高熵纳米微球是由五种及以上金属均匀混合所形成的合金纳米材料，具备传统合金所无法媲美的高强韧性、优异的耐腐蚀性、热稳定性、抗断裂性、电磁及电催化性能,在生物医学、磁共振成像扫描、能源催化、仿生材料等诸多领域有着广泛的应用。目前，采用瞬态超高温加热技术快速、高效的制备高熵纳米微球已成为学术界及产业界研究的热点方向，且已取得一系列突破性进展,具有广阔的产业化前景。

本课题着眼于高精端新材料的制造与跨界应用，发展基于碳纳米管薄膜的超高温加热技术，实现低能耗、超高速、超高温的微区加热，从而促进热驱动纳米材料制造技术的进步。

2. 研究内容和预期目标

碳纳米管等纳米碳材料具有高热稳定性、低比热容及低密度等特性，在焦耳热效应作用下，基于纳米碳纤维实现峰值温度达到2000 k、持续时间55 ms、升温速度在105 k/s的瞬态超高温加热，驱动纳米材料的低能耗绿色制造，可将多种金属元素均匀熔炼，制备出单元素及高熵纳米微球，且通过调节产生瞬态超高的电流程序，可控制产物的相态，制备出异质合金纳米微球；通过碳热还原冲击的概念，即以碳纳米纤维产生的瞬态超高温为驱动力还原金属化合物，从而制备出高熵合金纳米微球。

本课题拟以碳纳米管薄膜作为核心加热元件开发瞬态超高温加热技术，并以此为驱动，生长高熵纳米微球。通过超高速升降温实现纳米级尺寸的高熵纳米微球的可控生长。

3. 研究的方法与步骤

(1) 查阅文献，了解瞬态超高温加热技术及高熵纳米的瞬态超高温制备技术；

(2) 以碳纳米管薄膜为核心加热元件，利用高功率脉冲电源实现瞬态超高温加热，并通过红外测温，完成温度标定；

(3) 利用瞬态超高温加热驱动前驱体分解并发生反应，通过超高速升降温实现纳米级尺寸的高熵纳米微球的可控生长

4. 参考文献

[1] abdelhafiz,a., wang, b., harutyunyan, a. r. amp; li, j. carbothermal shock synthesis ofhigh entropy oxide catalysts: dynamic structural and chemical reconstructionboosting the catalytic activity and stability toward oxygen evolutionreaction. adv. energy mater. 12, 2200742 (2022).

[2] yao,y.etal. carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloy nanoparticles. science 359, 1489-1494 (2018).

[3]ryu, j. h. et al. carbothermal shock-induced bifunctionalpt-co alloy electrocatalysts for high-performance seawater batteries. energystorage mater. 45, 281-290 (2022).

5. 计划与进度安排

2024.02.21-2024.02.25 任务书下达，论题状况和要求介绍

2024.02.21-2024.03.04 文献查阅及翻译，完成开题报告

2024.03.07-2024.04.10 开展实验：基于碳纳米管薄膜发展瞬态超高温加热技术，完成温度控制及测量