高溫加熱器，比如窯爐，被廣泛用于化學(xué)反應(yīng)、材料合成和設(shè)備加工等領(lǐng)域。但是這些加熱設(shè)備的局限在于它們往往相當(dāng)拙大笨重，最高加熱溫度低和溫度上升慢等。而如果采用比較先進(jìn)的激光加熱的話，一方面比較昂貴，另一方面整個(gè)樣品中的溫度也不均勻，同時(shí)也高度依賴(lài)于目標(biāo)材料的吸收能力。

    為了克服這些限制，提供一個(gè)能夠在微觀或者納米尺度環(huán)境中維持目標(biāo)對(duì)象高溫狀態(tài)的加熱元件，研究人員們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種可3D打印的高溫、高速加熱器，該加熱器可用于一系列的納米制造，在這個(gè)時(shí)候精確準(zhǔn)時(shí)的溫度控制、位置和升溫速率就變得非常重要。

“我們的3D打印加熱器使用了石墨烯氧化物。”馬里蘭大學(xué)的研究生Yonggang Yao稱(chēng)，他是該校Liangbing Hu教授研究團(tuán)隊(duì)的成員之一。“當(dāng)電流施加到這種加熱器上時(shí)，它能夠以超快的速度（不到100毫秒）達(dá)到非常高的溫度（大約3000華氏度），而且具有優(yōu)越的穩(wěn)定性（>2,000周期，持續(xù)保持高溫超過(guò)一天沒(méi)有明顯衰減）。

該研究團(tuán)隊(duì)將他們的研究結(jié)果發(fā)表在了2016年5月6日的網(wǎng)絡(luò)版的《ACS Nano》雜志上，文章的標(biāo)題為《可3D打印的高溫、高速加熱器（Three-Dimensional Printable High-Temperature and High-Rate Heaters）》。

圖 1。3D 打印加熱器原理演示。（a）用于3D打印RGO加熱器的高濃縮石墨烯氧化物；插圖還顯示了帶1.5毫米腔室的3D打印3D打印加熱器陣列。（b）打印出來(lái)的馬蹄狀3D加熱器。（c）通過(guò)施加電流使RGO加熱器產(chǎn)生高溫。由于兩個(gè)RGO片間的接觸區(qū)域具有加大的接觸電阻，因此這一塊的溫度也較高溫度。（d）在高溫狀態(tài)下的3D打印RGO加熱器

     該加熱器可以使用高度濃縮的水基石墨烯氧化物油墨3D打印成各種形狀，可以用于快速、低成本的原型設(shè)計(jì)以用于定制化加熱器和尺寸小至微米級(jí)的微型加熱器。使用他們當(dāng)前的3D打印機(jī)設(shè)置，研究人員打印出了特征尺寸小至200微米的馬蹄形加熱器。

經(jīng)過(guò)炭化之后，石墨烯氧化物變成了還原氧化石墨烯（RGO），這是一種在高溫、高真空條件下相當(dāng)穩(wěn)定的材料，可以用作高性能加熱器。

相比之下，常規(guī)的熔爐或加熱器是不可3D打印的，這是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)材料中，可3D打印性和耐高溫性這兩種屬性是互相排斥的。“這種高溫是用焦耳加熱法生成的，這是一種簡(jiǎn)單、高效和可精細(xì)控制的方法可以在導(dǎo)電材料中產(chǎn)生高溫。”Yao稱(chēng)：“沒(méi)有一種基于金屬或者陶瓷的熔爐/加熱器可以達(dá)到這樣高的溫度，因?yàn)?/span>在這樣高的溫度下，大部分的金屬都會(huì)溶解，陶瓷也會(huì)分解。"

輸入功率不斷增加的加熱過(guò)程

在被施加電流時(shí)，石墨烯氧化物片間的接觸電阻會(huì)立即生成大量的熱。焦耳加熱會(huì)首先應(yīng)用于還原石墨烯（RGO），這是一種簡(jiǎn)單而且可控的高溫加熱源。據(jù)悉，加熱器的高穩(wěn)定性主要來(lái)自于RGO高度穩(wěn)定的共價(jià)碳-碳鍵合，這使得即使在高溫條件下，該加熱器的性能依舊穩(wěn)定。

得益于3D打印技術(shù)和其石墨烯氧化物墨水的粘彈性，科學(xué)家們的這項(xiàng)研究提供了一種簡(jiǎn)便、快速的方法可以設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出任意結(jié)構(gòu)和可變尺寸的熱力學(xué)部件。由于這種加熱器在高真空條件下的表現(xiàn)也很出色，因此它也可以安裝在電子顯微鏡內(nèi)作為加熱元，以用于原位觀測(cè)材料中與溫度相關(guān)的形貌和結(jié)構(gòu)變化。

    而且，研究人員還注意到，由于焦耳加熱方法比較簡(jiǎn)單，因此其裝置可以設(shè)計(jì)得很小，可以在太空用于高溫焊接或者航天器或者太空站的維修件等。

“在目前階段，我們的加熱元件的尺寸大小可以做到微米級(jí)，但是我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)3D納米打印。”Hu總結(jié)道。“到目前為止，這就是我們所面臨的挑戰(zhàn)，該條戰(zhàn)要求我們進(jìn)一步了解石墨烯氧化物墨水，并設(shè)計(jì)出新的3D打印機(jī)。此外，我們還期望將其最高耐熱溫度從3,000華氏度提升至更高，這樣我們就能在這種階段的高溫環(huán)境中探索材料的未知屬性。

（編譯自nanowerk）

(責(zé)任編輯：admin)

• 大西洋大學(xué)開(kāi)發(fā)用于食道癌
• Ashley Furniture在制造過(guò)
• 看美國(guó)研究人員如何繼續(xù)改
• ITAMCO和普渡大學(xué)合作為美
• 漢高收購(gòu)美國(guó)一3D打印公司
• 加拿大衛(wèi)生部發(fā)布醫(yī)療設(shè)備

• ·大西洋大學(xué)開(kāi)發(fā)用于食道癌患者的3D打印
• ·Ashley Furniture在制造過(guò)程中使用3D打
• ·看美國(guó)研究人員如何繼續(xù)改進(jìn)兒童3D打印
• ·ITAMCO和普渡大學(xué)合作為美國(guó)空軍開(kāi)發(fā)3D
• ·漢高收購(gòu)美國(guó)一3D打印公司，布局3D打印
• ·加拿大衛(wèi)生部發(fā)布醫(yī)療設(shè)備3D打印的新指
• ·印度公司開(kāi)發(fā)用于角膜移植的生物3D打印
• ·NASA 3D打印機(jī)制造火箭部件的創(chuàng)新歷史