中国の科学者が世界最小の加熱炉を3Dプリント

中国の科学者が世界最小の加熱炉を3Dプリント


メリーランド大学の胡良兵教授の研究グループは最近、世界初となる3Dプリント可能なミクロンスケールの加熱炉を発明した。これは現在知られている中で最小の加熱炉である。その優れた性能により、マイクロナノレベルでの精密加熱が可能となり、熱関連のマイクロナノ科学研究と工学応用の促進に役立つだろう。

この結果は最近、アメリカ化学会誌「Nano」に掲載されました。この加熱炉の温度は 2700 度以上に達し、加熱および冷却速度は 1 秒あたり 20,000 度に達します。対照的に、従来の加熱炉の最高温度は通常 1500 度未満であり、加熱および冷却速度は一般に 1 分あたり 100 度未満です。さらに、炉の空洞が大きいため、マイクロスケールやナノスケールの繊細な加熱を行うことができません。



レーザー加熱は、マイクロメートルレベルの特定領域を加熱できる新しいタイプの加熱技術ですが、レーザー機器は非常に高価であり、レーザー加熱はレーザーを吸収する材料にのみ有効で表面しか加熱できないため、材料を加熱すると深刻な温度ムラが発生します。

胡良兵氏の研究チームは、3Dプリンターの3次元精度とラピッドプロトタイピング機能を利用して、髪の毛ほどの大きさである200ミクロン未満の特性サイズを持つミクロンレベルの加熱炉を設計・準備し、今後も減少が続くと予想されている。印刷インクは高濃度酸化グラフェンの水溶液です。他の3D印刷インクと比較して、酸化グラフェンは安全で安定しており、調製が簡単で安価であり、水性溶媒は環境汚染を引き起こさないため、大規模生産に非常に適しています。



このミクロンスケールの加熱炉は、動作中に異なる電力の電気信号を入力し、ジュール熱を利用して温度を細かく制御することができます。酸化グラフェンは加熱するとグラフェンのような構造に変化します。炭素-炭素共有結合により熱力学的安定性が確保されるため、2700 度以上に簡単に加熱できます。小型炉は熱を素早く蓄積できるため、超高速加熱が可能になり、加熱プロセス全体を 100 ミリ秒以内に完了できます。

論文の筆頭著者でメリーランド大学博士課程の姚永剛氏は、3Dプリント技術を用いて作られたミクロン規模の加熱炉は、性能が優れ、成形が速く、生産コストが低いため、マイクロナノ科学工学研究に非常に有利な加熱方法を提供し、新しいマイクロナノ材料特性、特に熱関連特性の研究を促進することができると述べた。

マイクロナノテクノロジーは、現代の科学研究の最前線であり、ホットスポットです。しかし、マイクロナノスケールの物質の物理的性質や化学反応、特に温度に関連した物質の特性評価や調製を研究するためには、まずマイクロナノスケールの加熱に適した装置を開発する必要があり、特定のマイクロナノスケール領域を加熱できることが求められ、その加熱温度範囲や加熱速度も細かく制御する必要があります。

さらに読む:
「上海交通大学の科学者が3Dプリントを使って細菌運動マイクロポンプを開発」
「中国の学生の3Dプリント研究がNASAの「宇宙移民プログラム」コンテストで最優秀賞を受賞」

出典:新華網

エンジニアリング、ナノテクノロジー、中国の科学者

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