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美國萊斯大學(xué)科學(xué)家利用名為“氟輔助閃光焦耳熱”（FAF）的創(chuàng)新工藝，在短短數(shù)秒內(nèi)，將廢棄玻璃及富含硅的煤廢料，高效轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用價(jià)值極高的碳化硅納米線。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《物質(zhì)》雜志。

碳化硅是一種由硅與碳通過強(qiáng)共價(jià)鍵構(gòu)成的先進(jìn)陶瓷材料，其硬度僅次于鉆石，為已知最堅(jiān)硬材料之一。此外，它還擁有令半導(dǎo)體行業(yè)垂青的寬帶隙特性，并能耐受極端高溫高壓環(huán)境。

當(dāng)碳化硅縮小至納米線尺度，其性能更上一層樓。這種獨(dú)特的一維結(jié)構(gòu)擁有極高的“長徑比”，賦予了它超群的導(dǎo)熱性和耐磨性，在眾多尖端工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。然而，傳統(tǒng)合成方法不僅需要昂貴的起始原料，還依賴極高的溫度和昂貴的催化劑，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本高昂且環(huán)境負(fù)擔(dān)沉重。

團(tuán)隊(duì)巧妙利用FAF焦耳熱工藝破解了這一難題。他們先將廢玻璃或煤灰等硅源研磨成粉，與焦炭或炭黑等碳源均勻混合，并添加微量的氟化物（如約1%的氟化鈉）。隨后，將混合物置于特制管中，施加高功率電脈沖，使其在瞬間（不到一分鐘內(nèi)）被迅速加熱至約2000℃。在接下來的快速冷卻過程中，碳化硅納米線便以高度有序的立方晶格形式結(jié)晶析出。該工藝表現(xiàn)卓越，納米線的選擇性高達(dá)78%，硅元素的轉(zhuǎn)化率更是達(dá)到了驚人的96%。

團(tuán)隊(duì)還能通過精確調(diào)控電閃光的持續(xù)時(shí)間及氟化物的添加量，“裁剪”納米線的長度。

為驗(yàn)證所得材料的性能，團(tuán)隊(duì)將提取純化后的碳化硅納米線作為增強(qiáng)填料，摻入乙烯基酯樹脂中制備成復(fù)合材料。經(jīng)過一系列嚴(yán)苛的機(jī)械與熱學(xué)測試，并與市售碳化硅粉末進(jìn)行對比，結(jié)果顯示：新型碳化硅納米線展現(xiàn)出壓倒性優(yōu)勢。即使僅添加1%（按重量計(jì)），復(fù)合材料的楊氏模量、硬度和耐磨性也分別提升了41%、62%和28%。

這項(xiàng)新技術(shù)的益處遠(yuǎn)不止于產(chǎn)品性能的提升。得益于其極快的加熱過程，整個(gè)納米線合成工藝在水資源、能源消耗以及二氧化碳排放方面均減少了約90%。