近期，中科院強磁場科學中心陸輕鈾課題組與南京大學陸輕銥課題組合作，設計了一種可直接插入到強超導磁體窄小低溫孔徑液氦中使用的超隔熱高溫反應系統（圖1），并將之用于研究強磁場下納米結構的生長過程，意外地發現反應容器的空間形狀對納米結構的生長甚至化學反應的進程，具有獨立的、決定性的影響。

圖1. 自主研制的可直接植入超導磁體低溫孔徑液氦中進行熱分解反應的高溫控溫系統

??? 磁性納米復合材料因其合成能夠受到磁場導向作用而特別受到關注。而要改進、調節磁性納米復合材料的功能，對其形狀和結構的控制非常重要。對于常用的固相反應，能改變反應過程和產物生長的可調參數很少，通常只有溫度、時間、通氣體等。

圖2. 小管反應體系中，600°C下獲得的產物XRD譜圖，SEM照片和HRTEM照片

??? 此項研究中，科研人員在一端封閉的小口徑瓷管中熱分解預先合成的片狀雙金屬前驅物，在600°C生成FeC納米顆粒@ZnCN2納米管復合材料（圖2），在900°C生成奧氏體/Fe納米顆粒@碳納米管復合材料（圖3），這與常規瓷舟中獲得的氧化物產物均不相同。

圖3. 小管反應體系中，900°C下獲得的產物XRD譜圖，SEM照片和HRTEM照片

進一步設計實驗，研究反應器“長徑比”對化學反應的影響（圖4），在不同長徑比的容器中分別獲得了ZnO/Fe3O4納米顆粒、Fe3O4@ZnO?納米管陣列和FeC@ZnCN2納米管陣列三種不同成分、不同形貌和不同組裝方式的納米結構材料。

圖4. 不同長徑比反應容器中的反應過程示意圖

研究人員甚至可以根據反應容器的不同“幾何形狀參量”來畫一個反應產物的“相圖”（圖5）。

圖5.反應容器長徑比對反應產物的影響

　　這一研究證明了反應容器的幾何形狀也是一種可獨立調節的熱力學參量，可用于控制化學反應的進程和納米結構生長結果。這也對未來合成出新型材料帶來新的可能。該工作以“Space-confined growth of novel self-supporting carbon-based nanotube array composites”為題發表在Composites Part B 161 (2019) 328-335。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.10.047。