微调火灾：北卡罗来纳州立大学研究人员的纳米材料提供控制

高温火焰可用于制造各种材料——但一旦生火，就很难控制火焰与要加工的材料之间的相互作用。研究人员现已开发出一种技术，利用分子厚度的保护层来控制火焰热量与材料之间的相互作用——控制火焰，并允许用户精细调整加工材料的特性。

“火是一种宝贵的工程工具——毕竟，高炉只是猛烈的火焰，” 马丁·多他是这项研究的论文通讯作者，也是北卡罗来纳州立大学材料科学与工程教授。“然而，一旦你点燃了火，你往往很难控制它的行为。

“我们的技术被称为逆向热降解 (ITD)，在目标材料上采用纳米级薄膜。薄膜会根据火势的热量发生变化，并调节可进入材料的氧气量。这意味着我们可以控制材料升温的速度，进而影响材料内部发生的化学反应。基本上，我们可以微调火势改变材料的方式和位置。”

ITD 的工作原理如下。首先从目标材料开始，例如纤维素纤维。然后，该纤维被一层纳米厚的分子包裹。然后将包裹的纤维暴露在强烈的火焰中。分子的外表面很容易燃烧，从而升高附近的温度。但分子涂层的内表面会发生化学变化，在纤维素纤维周围形成一层更薄的玻璃层。这层玻璃限制了可以进入纤维的氧气量，防止纤维素突然燃烧。相反，纤维会闷烧——从内到外缓慢燃烧。

Thuo 表示：“如果没有 ITD 的保护层，用火焰烧纤维素纤维只会产生灰烬。有了 ITD 的保护层，最终会得到碳管。”

“我们可以设计保护层，以调整到达目标材料的氧气量。我们还可以设计目标材料，以产生理想的特性。”

研究人员利用纤维素纤维进行了概念验证演示，以生产微尺度碳管。

研究人员可以通过控制起始纤维素纤维的尺寸来控制碳管壁的厚度；通过在纤维中引入各种盐（进一步控制燃烧速度）；以及通过改变穿过保护层的氧气量。

Thuo 表示：“我们已经考虑了几种应用，我们将在未来的研究中加以解决。我们也愿意与私营部门合作，探索各种实际用途，例如开发用于油水分离的工程碳管——这对工业应用和环境修复都很有用。”

该论文“通过热变形表面加合物进行空间定向热解，”发表在杂志上 应用化学。共同作者包括北卡罗来纳州立大学博士生 Dhanush Jamadgni 和 Alana Pauls、北卡罗来纳州立大学博士后研究员 Julia Chang 和 Andrew Martin、爱荷华州立大学的 Chuanshen Du、Paul Gregory、Rick Dorn 和 Aaron Rossini 以及不列颠哥伦比亚大学的 E. Johan Foster。

原文来源： WRAL 技术线