焦耳热高温超快材料制备装置

“焦耳热高温超快材料制备装置”可以实现毫秒级别升温和降温，能达到1秒内升温至3000K的效果，试验样品可以是薄膜、块体、粉末等。对比现在常用的马弗炉、管式炉升温慢、加热时间长等缺点，极大地节约了科研人员宝贵的科研时间，并且会有与马弗炉和管式炉不同的冲击效果。该装置可抽真空或者是通氛围气体使用，还可以根据要求进行定制。该装置不仅可以用来制备材料，还可用来检测材料在快速升温条件下的抗热震性及其它性能。

目前该装置广泛应用于电池材料、能源催化材料、石墨烯、纳米材料、单原子材料、高熵合金及高熵化合物、陶瓷材料等材料的超快制备。

PART/1

   焦耳热高温超快材料制备装置HTS   

01

功能介绍

利用焦耳效应的原理，通过多功能独立控制系统将可控电流作用在载体上后，使该载体在极短时间（0-10S）内即可实现快速升温至0-3000℃达到超快热冲击效果。可以观察材料在极端变化、强烈热震条件下的结构、性质变化情况，也使得在极端变化条件下超快制备小分子纳米材料成为可能。

该HTS装置包含技术参数如下：

1）多功能高精度可调电源-可根据需求选配型号、附带高温样品测试台

2）高温红外测温仪-测温范围可选（100-3000℃分段测温）

3）高真空亚克力操作箱-可选配规格（标准内径20*30*30cm）、附带双极真空泵

4）多功能独立控制系统-附带触屏电脑、可一次测试2-4个样品、可实现实时温度、电流、电压显示、远程控制、数据读取存储等功能

5）样品烧结方式：接触式、热辐射式、夹层式

02

使用事项

本装置可通过时间/温度控制对样品进行超快加热，为了更好地配合客户使用，需客户提供以下参数：

1.样品形状、性质、电阻率等

2.期望达到最高加热温度及升温速度

3.对加热负载的要求

由于不同样品电阻、化学性质的不同，无法预测可以达到的最高温度，客户可提供样品，由我司测试后调节至客户需要的目标参数。

注：真空箱可选配不锈钢手套箱、不锈钢真空箱，可以做高真空和承压箱。可添加电压、电流采集功能，还可根据要求进行定制。

还可根据要求定制长时间高温烧结设备HTL，该设备根据载体及材料需求设 置输出电压电流，输出电流可以高达1000A。可实时记录温度变化等参数，也可根据要求添加其他参数设定功能。

03

相关文献

该焦耳热高温超快材料制备装置（HTS）应用于新材料制备科研工作以来，协助课题组发表过一些优秀的文章，现选取部分优秀文章如下，仅供参考。

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(1) Liu, S.; Hu, Z.; Wu, Y.; Zhang, J.; Zhang, Y.; 

Cui, B.; Liu, C.; Hu, S.;

Zhao, N.; Han, X.; Cao, A.; Chen, Y.; 

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 by Thermal Shock for the Hydrogen Evolution

 Reaction. Advanced Materials 2020, 32 (48),

DOI: 10. 1002/adma.202006034.

链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006034

(2) Liu, C.; Zhou, W.; Zhang, J.; Chen, Z.; Liu, S.; 

Zhang, Y.; Yang, J.; Xu, L.; Hu, W.;

Chen, Y.; Deng, Y. Air-Assisted Transient Synthesis

 of Metastable Nickel Oxide Boosting Alkaline 

Fuel Oxidation Reaction. Advanced Energy Materials 2020, 10 (46), DOI:

10. 1002/aenm.202001397.

链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202001397

(3) Dou, S.; Xu, J.; Cui, X.; Liu, W.;

 Zhang, Z.; Deng, Y.; Hu, W.; Chen, Y. High-

Temperature Shock Enabled 

Nanomanufacturing for Energy-Related Applications.

Advanced Energy Materials 2020, 10 (33), 

DOI: 10. 1002/aenm.202001331.

链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202001331

(4) Chen, Y.; Egan, G. C.; Wan, J.; Zhu, S.;

 Jacob, R. J.; Zhou, W.; Dai, J.; Wang, Y.;

Danner, V. A.; Yao, Y.; Fu, K.; Wang, Y.;

 Bao, W.; Li, T.; Zachariah, M. R.; Hu, L. Ultra-   

Fast Self-Assembly and Stabilization of Reactive

 Nanoparticles in Reduced 

Graphene Oxide Films. Nature Communications 

2016, 7, DOI: 10. 1038/ncomms12332.

链接：https://www.nature.com/articles/ncomms12332

(5) Chen, Y.; Wang, Y.; Zhu, S.; Fu, K.; Han, X.; 

Wang, Y.; Zhao, B.; Li, T.; Liu, B.; Li, Y.; Dai, J.; Xie, 

H.; Li, T.; Connell, J. W.; Lin, Y.; Hu, L. 

Nanomanufacturing of Graphene

Nanosheets through Nano-Hole Opening 

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DOI: 10. 1016/j.mattod.2018.09.001.

https://www.sciencedirect.com

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(6) Chen, Y.; Li, Y.; Wang, Y.; Fu, K.; Danner, V. A.; Dai, J.; Lacey, S. D.; Yao, Y.; Hu, L. Rapid, in Situ Synthesis of High Capacity Battery Anodes through High Temperature

Radiation-Based Thermal Shock. Nano Letter 2016, 16 (9), 5553-5558, DOI:

10. 1021/acs.nanolett.6b02096.

链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b02096

装置实物图

装置实测视频（点开即可观看）

装置实测图（点开图片可看大图）

相关效果示意图如下

Yanan Chen, Liangbing Hu*, et al. Nature Communications, 2016

自上而下合成超微纳米颗粒

PART/2

   高温超快材料闪蒸制备装置FJH   

01

功能介绍

利用瞬间焦耳热冲击的原理，通过智能控制系统将电流直接作用在样品材料上，可使该样品材料在极短时间（ms级别）内实现快速升温至3500K达到超快热冲击效果。可以观察材料在极端变化、强烈热震条件下的结构、性质变化情况，也使得在极端变化条件下超快制备小分子纳米材料成为可能。

该FJH装置包含技术参数如下：

1.可调供电模块-可根据需求选择实验时供电模块数量、附带实验夹具

2.高精度超高温红外测温仪-测温范围可选

3.高真空操作箱-可选配规格（标准内径30*30*30cm）、附带双极真空泵

4.多功能独立控制系统-附带触摸屏控制器，可记录电压、温度、电阻，可进行远程控制、数据读取存储等功能

02

使用事项

本装置可通过时间/电压控制对样品进行超快加热，为了更好地配合客户使用，需客户提供以下参数：

1.样品形状、性质、电阻率等

2.期望达到最高加热温度及升温速度

3.对加热负载的要求

由于不同样品电阻、化学性质的不同，无法预测可以达到的最高温度，客户可提供样品，由我司测试后调节至客户需要的目标参数

03

相关文献

该高温超快材料闪蒸制备装置（FJH）应用于新材料制备科研工作以来，协助课题组发表过一些优秀的文章，现选取部分优秀文章如下，仅供参考。

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(1) Deng, B., Wang, X., Luong, D. X., Carter,R. A., Wang, Z., Tomson, M. B., & Tour, J. M. (2022). Rare Earth Elements from Waste. Science advances, 8(6), eabm3132.

链接：

https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.abm3132

(2) Luong, D. X., et al.“Gram-ScaleBottom-Up Flash Graphene Synthesis,”et al. Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis. Nature 2020, 577, 647.

链接：https://doi.org/10.1038/s41586-020-1938-0

(3) Algozeeb, W. A., Savas, P. E.,Luong, D. X., Chen, W., Kittrell, C., Bhat, M., Shahsavari,

R. & Tour, J.M. Flash Graphene from Plastic Waste. ACS Nano，2020, 14, 15595 链接：https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c06328

(4) Chen, Y.; Egan, G. C.; Wan, J.; Zhu, S.; Jacob, R. J.; Zhou, W.; Dai, J.; Wang, Y.;

Danner, V. A.; Yao, Y.; Fu, K.; Wang, Y.; Bao, W.; Li, T.; Zachariah, M. R.; Hu, L. Ultra-   Fast Self-Assembly and Stabilization of Reactive Nanoparticles in Reduced Graphene Oxide Films. Nature Communications 2016, 7, DOI: 10. 1038/ncomms12332.

链接：https://www.nature.com/articles/ncomms12332

(5) Deng, B., Luong, D. X., Wang, Z.,Kittrell, C., McHugh, E. A., & Tour, J. M., Urban mining by flash Joule heating. Nat. Commun. 2021, 12, 5794.

https://doi.org/10.1038/s41467-021-26038-9

图（1）装置实物图

图（2）触摸屏界面

相关效果示意图如下

Duy X. Luong, James M. Tour*, et al. Nature, 2020

PART/3

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