3D Printed Graphene‐Based 3000 K Probe

材料科学 焦耳加热 微尺度化学 石墨烯 纳米技术 纳米制造 加热元件 纳米尺度 光电子学 复合材料 数学教育 数学
作者
Zhiqiang Liang,Yonggang Yao,Bo Jiang,Xizheng Wang,Liangbing Hu,Menggai Jiao,Chao Liang,Haiyu Qiao,Dylan J. Kline,Michael R. Zachariah,Liangbing Hu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (34) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/adfm.202102994
摘要

Abstract High‐temperature heating is ubiquitously utilized in material synthesis and manufacturing, which often features a rapid production rate due to the significantly improved kinetics. However, current technologies generally provide overall and steady‐state heating, thereby limiting their applications in micro/nano‐manufacturing that require selective patterning and swift heating. Herein, significantly improved control over small‐scale heating is reported by utilizing 3D printed reduced‐graphene‐oxide (RGO) probe triggered by electrical Joule heating, which enables precise heating with high spatial (sub‐millimeter scale) and temporal (milliseconds) resolutions. The block copolymer‐modified aqueous‐based RGO ink enabled 3D printing of high‐precision structures, and a bio‐inspired cellular microstructure is constructed to achieve control of the electrical conductivity and maximize structure robustness (benefit for efficient heating and operability). In particular, a thermal probe featuring a microscale tip with excellent heating capabilities (up to ≈3000 K, ultra‐fast ramping rate of ≈10 5 K s −1 , and durations in milliseconds) is fabricated. This thermal probe is ideal for surface patterning, as it is demonstrated for the selective synthesis of patterned metal (i.e., platinum and silver) nanoparticles on nano‐carbon substrates, which is not possible by traditional steady‐state heating. The material construction and heating strategy can be readily extended to a range of applications requiring precise control on high‐temperature heating.

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