《Advanced Functional Materials》：利用光子燒結(jié)高效固結(jié)介孔二氧化硅微結(jié)構(gòu)（IF=19.059）

背景：

光子燒結(jié)具有大大縮短材料處理時間的優(yōu)點，特別是對于工業(yè)用途。目前的工作強調(diào)了光子燒結(jié)對于噴墨印刷制成的介孔二氧化硅的好處。這項研究表明，適當(dāng)?shù)墓袒幚砜梢员Ａ敉ㄟ^噴墨打印獲得的介孔二氧化硅微結(jié)構(gòu)的形狀和孔隙率。此外，這項研究首次表明，光子固化與非常脆弱的有機官能團（例如疊氮化物官能團）兼容，可以通過銅催化的疊氮化物-炔環(huán)加成（CuAAC）點擊反應(yīng)實現(xiàn)多功能官能化。 

文獻介紹：

退火或燒結(jié)等熱處理是各種工業(yè)領(lǐng)域中經(jīng)常使用的后處理方法。然而，這些治療方法的缺點是耗時且浪費能量。相比之下，光子固化是一種極其快速（幾分之一秒）且有效的熱處理方法。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于印刷電子、太陽能電池以及醫(yī)療領(lǐng)域。最近，脈沖紫外光形式的光子固化已用于食品和制藥領(lǐng)域的凈化領(lǐng)域或也用于消毒應(yīng)用。 

甚至在此發(fā)現(xiàn)之前，紫外線照射似乎與固化二氧化硅雜化有機-無機薄膜等材料相關(guān)，但需要使用光引發(fā)劑。光子固化能夠燒結(jié)基于金屬納米粒子的薄膜和納米晶體。該過程也可能與基于膠體粒子的薄膜（幾十微米）的固化相關(guān)。多孔和透明材料也與光固化兼容，如透明介孔TiO2所證明的那樣，但需要存在光敏層。事實上，最近的工作還表明，透明材料需要使用有色摻雜劑進行光子燒結(jié)，例如用于氧化鋁樣品的氧化鐵納米粒子。 

介孔二氧化硅由于其剛性和多功能多孔結(jié)構(gòu)（可提供高比表面積）而具有多種應(yīng)用：催化膜；用于環(huán)境領(lǐng)域等分離和過濾；在醫(yī)療領(lǐng)域用于藥物輸送或診斷傳感器；用于病毒滅活和消毒的表面涂層。它允許各種功能化途徑，通過包括點擊化學(xué)，例如與疊氮化物（─N3）、炔烴（C=C）、硫醇（─SH）等的反應(yīng)，使功能化途徑變得更加廣泛。目前，文獻不包括任何涉及使用介孔二氧化硅進行光子固化的文章。然而，據(jù)報道，增材制造技術(shù)已經(jīng)通過光子固化進行了測試，包括噴墨打?。↖JP），但不適用于多孔材料。 

在目前的工作中，我們的目的是強調(diào)采用光子固化處理噴墨打印沉積的透明介孔二氧化硅的好處。事實上，文獻中尚未報道噴墨印刷多孔材料與光子固化的耦合。特別是，證明了光子固化對材料孔隙率和脆弱或有機官能團的保存的影響。此外，我們從質(zhì)量上關(guān)注材料完整性，以確保該技術(shù)在工業(yè)規(guī)模上的可重復(fù)性。

在目前的工作中，我們證實毫秒光子固化與噴墨打印等增材制造技術(shù)相關(guān)。與需要60多個小時的標(biāo)準(zhǔn)熱退火工藝相比，它的使用可以在幾秒鐘內(nèi)固化多個樣品。除了縮短固化時間外，光子固化還可以節(jié)省能源，并將應(yīng)用領(lǐng)域擴展到敏感基材，與標(biāo)準(zhǔn)熱處理相比，促進快速散熱。從結(jié)構(gòu)角度來看，與標(biāo)準(zhǔn)退火固化的樣品相比，介孔二氧化硅在通過光子燒結(jié)時表現(xiàn)出較低的收縮率，不會導(dǎo)致微粒破裂。我們已經(jīng)證明，脈沖數(shù)量不足會導(dǎo)致多孔材料的二氧化硅壁不完全具有抵抗力，這可能會導(dǎo)致后固化處理中的破損。另一方面，增加脈沖數(shù)量可顯著提高這種多孔材料的完整性。這一結(jié)果在工業(yè)規(guī)模上引起了高度關(guān)注，因為光子固化可能與大表面涂層的固化相關(guān)。此外，我們還表明，聚合物材料（例如表面活性劑）在光子固化下保持不變，但在標(biāo)準(zhǔn)退火處理過程中可能會發(fā)生變化，即使它不影響從孔隙中去除該成分。疊氮化物(─N3)或氟基團等脆弱的有機官能團通常不會被光子燒結(jié)處理損壞，除非使用大量脈沖。這種多孔材料的功能化在光子燒結(jié)后甚至得到改善，因為由于結(jié)構(gòu)收縮減少，反應(yīng)物在孔隙內(nèi)的擴散更快。我們在載玻片和硅片等基材上展示了這些結(jié)果，但對于與光子固化兼容的其他基材也是可能的。在工業(yè)環(huán)境中光子固化的前景是廣闊的，其中包括適用于廣泛應(yīng)用的薄膜和涂層。

引用：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202315973

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