日前，中科大科研團隊首次揭示水熱合成中的流體行為，進而了解這種密閉體系反應發生的過程。該研究進一步增進了對水熱合成法制備不同尺度和形狀的微納材料過程及機理的理解，對今后水熱法合成納米材料技術的發展具有重要的指導意義。該成果日前發表于著名期刊《物質》上。

利用GO的液晶行為和凝膠化能力揭示間歇式水熱合成中的流場。A，室溫下一杯冷水中存在的隨機流場。B，氧化石墨烯的液晶行為。C-E，GO納米片沿流線方向排列并由酚醛樹脂固定。F，GO與酚醛樹脂結合的分子結構圖。

水熱合成法已成為合成單晶、金屬氧化物、陶瓷、沸石和納米復合材料等多種材料的常用方法。然而，水熱合成中所能獲得的信息僅限于輸入原料、輸出產物及反應條件，人們對密閉體系反應中的過程是如何發生的尚不清楚。為了有效地控制水熱合成產物的質量，對其中傳熱傳質過程的認識和理解就顯得尤為重要。因密封的水熱反應釜以及高溫高壓條件，難以實現原位觀察。

中國科學技術大學俞書宏團隊與工程科學學院丁航課題組和吳恒安課題組合作，首次利用氧化石墨烯（GO）的液晶行為和凝膠化能力，借助酚醛樹脂（PF）的固化定型作用，獲得具有環形極向結構的凝膠（GO/PF 凝膠），根據凝膠的微觀結構來揭示水熱合成中的流體行為。

研究結果表明，無論反應釜聚四氟乙烯內襯的大小和幾何形狀如何，水熱合成中的對流總是存在。對于特定的反應，溫差和反應釜內襯大小是影響對流的最主要因素（圖2）。反應釜體積越大，其中反應液體的傳熱就更不均勻，溫差越大，對流就更強烈。增強對流的作用與機械擾動相同，產物均勻性變差，尤其是會對運用水熱法規模化合成納米線、納米片或大塊凝膠材料等產生不可忽視的影響，更強的流場會產生更多的雜質或導致三維塊材內部結構不均勻等現象。

參考來源：中國科學技術大學

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