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

背景：

光子燒結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?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構的形狀和孔隙率。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）點擊反應實現(xiàn)多功能官能化。 

文獻介紹：

退火或燒結等熱處理是各種工業(yè)領域中經(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。該技術廣泛應用于印刷電子、太陽能電池以及醫(yī)療領域。最近，脈沖紫外光形式的光子固化已用于食品和制藥領域的凈化領域或也用于消毒應用。 

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，但需要使用光引發(fā)劑。光子固化能夠燒結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。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，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構（可提供高比表面積）而具有多種應用：催化膜；用于環(huán)境領域等分離和過濾；在醫(yī)療領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，例如與疊氮化物（─N3）、炔烴（C=C）、硫醇（─SH）等的反應，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)量上關注材料完整性，以確保該技術在工業(yè)規(guī)模上的可重復性。

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相關。與需要60多個小時的標準熱退火工藝相比，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，并將應用領域擴展到敏感基材，與標準熱處理相比，促進快速散熱。從結構角度來看，與標準退火固化的樣品相比，介孔二氧化硅在通過光子燒結時表現(xiàn)出較低的收縮率，不會導致微粒破裂。我們已經(jīng)證明，脈沖數(shù)量不足會導致多孔材料的二氧化硅壁不完全具有抵抗力，這可能會導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。這一結果在工業(yè)規(guī)模上引起了高度關注，因為光子固化可能與大表面涂層的固化相關。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，但在標準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后甚至得到改善，因為由于結構收縮減少，反應物在孔隙內(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用的薄膜和涂層。

引用：

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

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