《Advanced Functional Materials》：利用光子烧结高效固结介孔二氧化硅微结构（IF=19.059）

背景：

光子烧结具有大大缩短材料处理时间的优点，特别是对于工业用途。目前的工作强调了光子烧结对于喷墨印刷制成的介孔二氧化硅的好处。这项研究表明，适当的固化处理可以保留通过喷墨打印获得的介孔二氧化硅微结构的形状和孔隙率。此外，这项研究首次表明，光子固化与非常脆弱的有机官能团（例如叠氮化物官能团）兼容，可以通过铜催化的叠氮化物-炔环加成（CuAAC）点击反应实现多功能官能化。 

文献介绍：

退火或烧结等热处理是各种工业领域中经常使用的后处理方法。然而，这些治疗方法的缺点是耗时且浪费能量。相比之下，光子固化是一种极其快速（几分之一秒）且有效的热处理方法。该技术广泛应用于印刷电子、太阳能电池以及医疗领域。最近，脉冲紫外光形式的光子固化已用于食品和制药领域的净化领域或也用于消毒应用。 

甚至在此发现之前，紫外线照射似乎与固化二氧化硅杂化有机-无机薄膜等材料相关，但需要使用光引发剂。光子固化能够烧结基于金属纳米粒子的薄膜和纳米晶体。该过程也可能与基于胶体粒子的薄膜（几十微米）的固化相关。多孔和透明材料也与光固化兼容，如透明介孔TiO2所证明的那样，但需要存在光敏层。事实上，最近的工作还表明，透明材料需要使用有色掺杂剂进行光子烧结，例如用于氧化铝样品的氧化铁纳米粒子。 

介孔二氧化硅由于其刚性和多功能多孔结构（可提供高比表面积）而具有多种应用：催化膜；用于环境领域等分离和过滤；在医疗领域用于药物输送或诊断传感器；用于病毒灭活和消毒的表面涂层。它允许各种功能化途径，通过包括点击化学，例如与叠氮化物（─N3）、炔烃（C=C）、硫醇（─SH）等的反应，使功能化途径变得更加广泛。目前，文献不包括任何涉及使用介孔二氧化硅进行光子固化的文章。然而，据报道，增材制造技术已经通过光子固化进行了测试，包括喷墨打印（IJP），但不适用于多孔材料。 

在目前的工作中，我们的目的是强调采用光子固化处理喷墨打印沉积的透明介孔二氧化硅的好处。事实上，文献中尚未报道喷墨印刷多孔材料与光子固化的耦合。特别是，证明了光子固化对材料孔隙率和脆弱或有机官能团的保存的影响。此外，我们从质量上关注材料完整性，以确保该技术在工业规模上的可重复性。

在目前的工作中，我们证实毫秒光子固化与喷墨打印等增材制造技术相关。与需要60多个小时的标准热退火工艺相比，它的使用可以在几秒钟内固化多个样品。除了缩短固化时间外，光子固化还可以节省能源，并将应用领域扩展到敏感基材，与标准热处理相比，促进快速散热。从结构角度来看，与标准退火固化的样品相比，介孔二氧化硅在通过光子烧结时表现出较低的收缩率，不会导致微粒破裂。我们已经证明，脉冲数量不足会导致多孔材料的二氧化硅壁不完全具有抵抗力，这可能会导致后固化处理中的破损。另一方面，增加脉冲数量可显着提高这种多孔材料的完整性。这一结果在工业规模上引起了高度关注，因为光子固化可能与大表面涂层的固化相关。此外，我们还表明，聚合物材料（例如表面活性剂）在光子固化下保持不变，但在标准退火处理过程中可能会发生变化，即使它不影响从孔隙中去除该成分。叠氮化物(─N3)或氟基团等脆弱的有机官能团通常不会被光子烧结处理损坏，除非使用大量脉冲。这种多孔材料的功能化在光子烧结后甚至得到改善，因为由于结构收缩减少，反应物在孔隙内的扩散更快。我们在载玻片和硅片等基材上展示了这些结果，但对于与光子固化兼容的其他基材也是可能的。在工业环境中光子固化的前景是广阔的，其中包括适用于广泛应用的薄膜和涂层。

引用：

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

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