▲通讯作者：邹菁云、Lei Tang、康黎星
通讯单位：苏州科技大学、松山湖材料实验室、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
DOI：10.1021/acsnano.4c12350（点击文末「阅读原文」，直达链接）
引言
论文概要
图1系统性地归纳了碳热冲击（CTS）技术及其在诸多领域的应用研究进展。图中首先概述了实现CTS的关键要素，涵盖支撑CTS的材料体系、诱发CTS的电源装置以及监测CTS过程的测量技术。随后，图示展示了CTS在石墨烯及其他二维材料改性方面的应用，并进一步拓展至零维（0D）、一维（1D）和二维（2D）材料的合成领域。此外，图中还总结了CTS在微/宏观碳材料焊接、陶瓷电解质烧结、锂离子电池回收、热尖端制造、执行器及人工肌肉等其他重要领域的应用实例。最终，图示勾勒出CTS技术的发展前景，明确指出其未来发展方向，包括实现对CTS过程的精确控制、深入揭示CTS作用机制、借助机器学习技术优化合成路径以及推进纳米材料的规模化生产。本文旨在为初入该领域的研究者提供全面的技术概览，并为资深科研人员拓展研究视野，助力CTS技术在实际应用中的转化与推广。
CTS 技术的原理与应用
CTS 技术的应用
材料改性：利用 CTS 可以对石墨烯、碳纳米管和二维过渡金属硫族化合物等进行改性，例如还原氧化石墨烯、调控二维材料的相变等。
纳米材料合成：利用 CTS 可以合成零维、一维和二维纳米材料，例如纳米颗粒、单原子和碳纳米管等，并通过控制反应参数实现对材料成分、尺寸和结构的精确调控。
可持续废物管理：利用 CTS 可以对塑料、锂离子电池和电子垃圾等进行回收利用，将其转化为高价值的功能性材料。
其他应用：利用 CTS 可以进行碳材料的焊接/钎焊、陶瓷电解质的烧结、热探针、执行器和人工肌肉的制备等。
CTS 技术的未来发展
CTS 技术概述：CTS 是一种利用碳材料快速产生超高温和超快加热/冷却速率的创新加热方法。它具有高效率、低能耗、高可控性、环保等优势，在材料制备和器件加工领域具有广阔的应用前景。
CTS 技术的原理：CTS 技术的核心在于利用碳材料的高导热性和高比热容，通过电加热快速升温，再通过快速冷却实现材料的高温合成和改性。常见的碳材料包括碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维等。根据加热方式的不同，CTS 技术可分为基于高压电流的 CTS 和基于微波辐射的 CTS。
CTS 技术的应用：CTS 技术在材料制备和器件加工领域具有广泛的应用前景，包括材料改性、纳米材料合成、可持续废物管理以及其他应用，例如碳材料的焊接/钎焊、陶瓷电解质的烧结、热探针、执行器和人工肌肉的制备等。
CTS 技术的未来发展方向：CTS 技术目前仍然存在一些问题和挑战，例如控制精度不足、机理尚不明确等。未来需要进一步研究 CTS 的机理，并开发更精确的控制方法，例如高精度能量供应、高灵敏度温度监测系统等。此外，还需要探索 CTS 在更多领域的应用，例如生物医学、环境治理等，并实现 CTS 的规模化生产，推动 CTS 技术的产业化发展。
综述目录
1.引言
传统加热技术在材料制备和制造中的应用
纳米材料和微/纳器件对加热技术的新要求
碳热冲击 (CTS) 技术的优势和应用前景
2.CTS 的实现和监测
2.1. 支持CTS的材料
碳纳米管 (CNT)
石墨烯
还原氧化石墨烯 (rGO)
碳纳米纤维 (CNF)
碳纤维
碳化生物质
2.2. 产生CTS的电源
高功率电流
微波辐照
2.3. 监测CTS的方法
温度监测
压力监测
3.CTS 的应用
3.1. 纳米材料的改性
3.1.1. 石墨烯和二维材料的改性
GO的还原
rGO的进一步改性
二维材料的相变
3.1.2. 其他二维材料的改性
MoS2
WS2
其他二维材料
3.2. 纳米材料的合成
3.2.1. 零维材料的生长
纳米颗粒
单原子
3.2.2. 一维材料的生长
碳纳米管 (CNT)
3.2.3. 二维材料的生长
石墨烯
其他二维材料
3.3. 其他应用
3.3.1. 微观和宏观碳材料的焊接/焊接
3.3.2. 陶瓷电解质的烧结
3.3.3. 废物回收
塑料回收
锂离子电池回收
城市采矿
3.4. 其他应用
3.4.1. 热探针
3.4.2. 执行器和人工肌肉
4.CTS 的发展方向
4.1. CTS 的精确控制
高精度能量供应
高性能温度监测系统
压力监测
4.2. CTS 机理的揭示
原位表征
理论计算
4.3. 机器学习引导的合成
机器学习算法
高通量预测和表征
4.4. 大规模生产
连续流动反应
滚筒制造技术
大规模批量生产
5. 结论
CTS 技术的优势
CTS 技术面临的挑战
CTS 技术的未来发展方向
文献信息：Innovative Heating for the Nano Age: Exploring the Potentials of Carbothermal Shock. Jingyun Zou; Lei Tang; Lixing Kang. ISSN: 1936-0851 , 1936-086X; ACS nano., 2025.
DOI: 10.1021/acsnano.4c12350.
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