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台州学院王家成团队综述：焦耳热冲击非平衡合成金属单原子催化剂——从原子锚定到工业级构筑
焦耳加热（Joule Heating, JH）技术以毫秒级超高温（>3500 K）冲击、极速冷却（>10⁴ K s⁻¹）为特征，为非平衡态单原子合成提供了革命性途径，有望突破上述技术瓶颈，实现从“克级” 金属单原子的可控合成1）贵金属（Pt, Pd）：Pt 单原子 ：1500 K脉冲加热（55 ms升温/550 ms冷却×10次）在碳载体上实现0.24 wt.%负载（图5a）。 图1：焦耳加热制备金属单原子材料的综合示意图图2：焦耳加热技术发展历程时间轴图3：焦耳加热反应器结构分类与原理示意图4：典型金属单原子材料的焦耳加热参数汇总图5：贵金属单原子焦耳加热合成实例图6：非贵金属单原子焦耳加热合成策略图 7：焦耳加热单原子材料在新能源与环境中的典型应用【结论】焦耳加热技术以“超快、高效、可控、绿色”的核心优势，成为金属单原子材料规模化制备的最具潜力路线之一。 深圳中科精研以超快高温焦耳热冲击、材料创新 AI、实验室自动化技术为核心，研发了超快高温焦耳加热装置、超快脉冲电闪蒸焦耳加热装置、等离子焦耳热装置、高通量全自动焦耳加热装置、高温&高真空烧结炉、焦耳热催化装置等先进设备
79210编辑于 2025-07-19地大北京Applied Clay Science：超快焦耳加热秒级转化高岭土杂质合成4A
本研究采用超快焦耳加热法（UJH），首次实现从含白云母/石英杂质的低品位高岭土高效合成高纯度沸石4A。 通过将高岭土与Al(OH)₃、Na₂CO₃混合，在1300℃下进行20秒超快加热，使杂质矿物迅速转化为钠铝硅酸盐和钾长石前驱体；再经水热结晶（90℃, 10小时）成功将杂质中的硅铝组分整合至沸石骨架，并利用白云母释放的 图文解读超快焦耳加热路线首次实现从低品位高岭土秒级合成沸石4A：原料与Al(OH)₃/Na₂CO₃混合后，经1300°C闪速加热20秒，再通过水热结晶（90°C/10小时）定向转化，该工艺突破传统煅烧法对杂质矿物的处理瓶颈 SEM形貌图微观揭示纯度差异——超快焦耳加热产物呈现均一立方沸石晶体（1-2μm），而传统法产物中清晰可见板状白云母（5-10μm）和棱柱状石英（3-5μm）嵌入沸石基体，从空间分布证实UJH技术对杂质矿物的完全消解能力 总结展望本研究通过超快焦耳加热（UJH）技术（1300°C/20s）成功将含白云母、石英杂质的低品位高岭土转化为高纯度沸石4A，突破传统煅烧法无法转化杂质矿物的局限。
40300编辑于 2025-06-09电热耦合焦耳加热30秒实现硬碳超快合成
论文概要2025年7月6日，天津大学陈亚楠、中国矿业大学朱荣涛团队合作提出一种创新的时空电热耦合策略，通过原位焦耳加热实现硬碳的精准合成。 图文解读图1：焦耳加热的热力学特性与结构演化焦耳加热技术通过材料本征电阻实现瞬时体相加热（100 K s⁻¹），相较传统管式炉的传导/对流加热（图1a），其温度分布均匀性显著提升（图1c-d）。 有限元模拟证实传统方法在20 min内产生800°C温差，而焦耳加热10 s内实现全域均温。 图4：电热耦合的原子尺度重构机制有限元模拟显示缺陷处电荷密度达完整区域140%（2.4×10¹³ A m⁻²，图4a），诱发局部焦耳热与电场极化。 该技术将传统碳化时间从2小时缩短至30秒（效率提升240倍），原位PDF表征证实焦耳热在30秒内诱导快速石墨化并形成分级微孔网络。
79900编辑于 2025-07-13中国科学院大学ACS Omega：“焦耳热冲击”1 秒实现陶瓷化！
该技术通过脉冲式电阻加热，在毫秒间实现目标高温（如1400°C）并快速冷却，极大提升了热解效率。 SiC的宽吸收带；图2c为不同热解方法下的陶瓷产率对比，焦耳热冲击样品产率略低，可能与超快加热促进挥发性物质释放有关。 该技术基于焦耳定律，通过对材料施加瞬时大电流，可在毫秒至秒级时间内实现3000℃以上的超高温快速加热，具备无与伦比的升温速率与精准控温能力。 这项技术实现了对材料制备过程的极限调控，为新材料合成与性能优化开辟了新路径。相较于马弗炉、管式炉等传统加热方式，我们在效率与工艺可控性上实现了跨越式突破，助力科研与产业向更高效、更精准的方向迈进。 深圳中科精研——以尖端焦耳加热技术，推动材料未来。
38010编辑于 2026-01-24南方科技大学ACB：空间限域焦耳热构建高性能复合电极，500 mAcm²仅需1.65 V+稳定运行600小时
本研究提出了一种多尺度电极设计策略，其核心在于采用一种空间限域的焦耳加热方法：首先通过化学气相沉积在石墨毡上生长氮掺杂垂直石墨烯骨架，随后通过水热法锚定镍钼前驱体，最后在H₂/Ar气氛中施加快速焦耳加热 图文解读图1：催化剂合成策略与物相结构表征图1a展示了通过化学气相沉积（CVD）生长NVG骨架，再经水热及焦耳加热过程原位生成Ni₄Mo/MoO₂异质结构的合成路线。 该技术基于焦耳定律，通过对材料施加瞬时大电流，可在毫秒至秒级时间内实现3000℃以上的超高温快速加热，具备无与伦比的升温速率与精准控温能力。 这项技术实现了对材料制备过程的极限调控，为新材料合成与性能优化开辟了新路径。相较于马弗炉、管式炉等传统加热方式，我们在效率与工艺可控性上实现了跨越式突破，助力科研与产业向更高效、更精准的方向迈进。 深圳中科精研——以尖端焦耳加热技术，推动材料未来。
31910编辑于 2026-01-24- 来自专栏机器之心
Nature封面：可控核聚变里程碑式新进展，燃烧等离子体实现
技术概览 获得燃烧等离子体是实现自持（self-sustaining）聚变能量的关键一步。 燃烧等离子体是一种等离子体，其中聚变反应本身是等离子体中加热的主要来源，对于维持和传播燃烧是必需的，可以实现高能量增益。 他们做出了调整：将燃料胶囊（ fuel capsule）增大了 10%。 燃料胶囊装在一个微小的黄金金属柱体中，研究者将 192 束激光对准该柱体。 作为对比，一兆焦耳的能量大约可以将一加仑（约 3.8 升）的水加热到 100 华氏度（约 37.8 摄氏度）。 与接近点火相关的参数空间。 但即便如此，这个数值也低于达到收支平衡所需的 1.9 兆焦耳。
81810编辑于 2022-02-23 长春应化所湖南大学JACS：焦耳热合成（2000°C，2s）碳配位钴纳米电极用于胶质瘤脑内多巴胺监测
该催化剂采用焦耳加热法合成（2000°C，加热与冷却时间各2秒，氩气保护），通过高温瞬态处理调控钴‑碳配位结构，进而优化钴的d带中心，促进DA的多电子氧化路径并抑制抗坏血酸等干扰物的吸附。 SEM与TEM图像（图1e-f）显示CoC₂@C为直径约20 nm的纳米颗粒，均匀嵌于碳基质中，其合成采用焦耳加热法，该方法可实现快速、可控的碳包覆与钴碳键形成。 本研究展示了焦耳加热技术在调控材料微观结构与催化性能中的关键作用，其采用的瞬时高温处理（2000°C，2s）为碳‑金属配位结构的构建提供了高效、可控的合成路径。 当前，随着纳米催化、脑机界面及先进传感等领域的快速发展，对高性能、高稳定性焦耳加热设备的需求也日益提升。 深圳中科精研专注于精密高温工艺装备的研发，致力于为前沿材料制备与能源化学研究提供稳定、灵活、可扩展的焦耳加热解决方案，助力科研与产业界在纳米材料合成、表界面工程等领域实现更精准的调控与创新。
19110编辑于 2026-02-07非平衡合成方法与AI结合如何加速材料发现过程？
，放电等离子体制备了21种元素的FeCoNiCrYTiVCuAlNbMoTaWZnCdPbBiAgInMnSn高熵合金[C16][C119]这种能力将材料组成空间从传统体系的有限组合扩展至近乎无限（如10 元素体系在1%摩尔分辨率下有超过4.3×10¹²种组合）[C132]2. 高通量合成与AI协同非平衡方法（如激光烧蚀、闪光焦耳加热）支持分钟级合成数十种成分的纳米材料[C126][C214]气溶胶技术（火焰喷雾热解、喷雾干燥）通过连续流程可单日生产288种样品，切换前体溶液即可实现高通量 规模化生产的突破非平衡方法（如卷对卷闪蒸焦耳加热）实现7m/分钟连续生产[C48][C79]工业级火焰喷雾反应器产能达吨/小时级[C52][C82]AI通过工艺参数优化（如温度曲线、气体配比）进一步提升规模化效率 未来发展方向建立非平衡合成数据库：记录极端条件下材料形成路径（如超快加热中的原子扩散动力学）[C31][C33]开发多尺度AI模型：结合分子动力学（MD）模拟与实验数据，预测非平衡相变[C30][C44
19310编辑于 2026-01-17- 来自专栏机器之心
可控核聚变突破没带来实用化，只是漫长道路上的一小步
问题在于低效的激光器，使用 NIF 的方法产生聚变能包括将数十束光束射入称为空腔的金圆柱体，将其加热到超过 300 万摄氏度。 这必须以完美的对称精度完成，即实现「稳定内爆」，否则颗粒会起皱，燃料无法充分加热。 这种被称为「惯性限制」的聚变实验被忽视的一个方面是激光本身是一种相对较新的技术——比核裂变等技术更新。 有些人认为，要接近点火，可能需要 10 兆焦耳或更多的激光能量。此外，自 NIF 于 1999 年破土动工以来的几十年里，激光器一直在不断改进，这意味着下一代技术拥有更多的可能性。 激光方向的进展很令人兴奋，因为在过去，与另一种称为「磁约束」（托卡马克）的聚变技术相比，惯性约束受到的关注较少。托卡马克是一种甜甜圈形装置，其中氢气被加热成等离子体，然后被磁场捕获。
48720编辑于 2023-03-29 西安工业大学Energy Storage Materials：闪蒸焦耳加热1秒合成SiC！硅基负极三效合一突破瓶颈
本研究提出了一种创新且可规模化的三步联用制备策略：首先通过真空熔炼将硅与低熔点金属（锡、铋或钇）制成均匀的前驱体合金（SiSnM），以解决纯硅导电性差、无法直接进行焦耳加热的问题；接着利用砂磨技术将合金锭粉碎并精细控制颗粒尺寸至亚微米级 （0.7-1微米），以缩短离子传输路径并增大反应比表面积；最后，将前驱体粉末置于卷曲的碳纸中，施加瞬时高电流进行闪蒸焦耳加热（1秒内升温至约1000°C）。 该策略的核心在于，三步工艺环环相扣：熔炼引入导电网络骨架，砂磨优化颗粒形态与混合均匀性，而闪速加热则一步实现了SiC的原位合成、缺陷工程以及颗粒表面的瞬时熔融致密化。 图文解读图1：FH-SiSnBi的合成路径与物相表征通过XRD图谱（图1b）确认了Si晶体衍射峰及SiC特征峰（JCPDS 29-1129），证实闪速焦耳加热过程中碳纸作为碳源参与反应，在SiSnBi颗粒表面及近表面原位生成 总结展望总之，本研究通过真空熔炼‑砂磨‑闪蒸焦耳加热联用策略，在硅基合金中原位合成均匀分散的SiC纳米相，构建了“金属相‑SiC‑硅基体”三重协同增强体系。
41110编辑于 2026-02-07中国石油大学（华东）Nano Energy：3000 K秒级焦耳加热制备高硫掺杂石墨烯阴极，实现钠-氯电池3000 mAh g⁻¹超高容量
高硫掺杂阴极在1.5 A g⁻¹下实现了3000 mAh g⁻¹的高放电容量，并在10次循环中保持稳定；在0.3–10 A g⁻¹宽电流范围内仍维持高容量保持率。 深圳中科精研致力推广的超快高温焦耳热冲击技术，是材料科学领域的一项革命性突破。 该技术基于焦耳定律，通过对材料施加瞬时大电流，可在毫秒至秒级时间内实现3000℃以上的超高温快速加热，具备无与伦比的升温速率与精准控温能力。 这项技术实现了对材料制备过程的极限调控，为新材料合成与性能优化开辟了新路径。相较于马弗炉、管式炉等传统加热方式，我们在效率与工艺可控性上实现了跨越式突破，助力科研与产业向更高效、更精准的方向迈进。 深圳中科精研——以尖端焦耳加热技术，推动材料未来。
34210编辑于 2026-01-24青岛科技大学ACS Catalysis：高温热冲击合成NbN负载CoCu合金实现高效硝酸盐电还原制氨
HTS方法基于焦耳加热原理，在氮气氛围中施加约45 A、持续0.5秒的电流脉冲，使前驱体在极短时间内（升温/冷却速率 > 10⁵ K·s⁻¹）经历约1800°C的高温处理，随后快速淬火至室温。 ACS catalysis. , 2026深圳中科精研致力推广的超快高温焦耳热冲击技术，是材料科学领域的一项革命性突破。 该技术基于焦耳定律，通过对材料施加瞬时大电流，可在毫秒至秒级时间内实现3000℃以上的超高温快速加热，具备无与伦比的升温速率与精准控温能力。 这项技术实现了对材料制备过程的极限调控，为新材料合成与性能优化开辟了新路径。相较于马弗炉、管式炉等传统加热方式，我们在效率与工艺可控性上实现了跨越式突破，助力科研与产业向更高效、更精准的方向迈进。 深圳中科精研——以尖端焦耳加热技术，推动材料未来。
38010编辑于 2026-01-24- 来自专栏机器之心
实验室再现太阳能量！美国宣布首次实现核聚变点火，35亿美元投资曾打水漂
如果核聚变技术能够大规模应用，它将提供一种没有污染和温室气体的能源，也不会产生放射性废料。 在反应堆内，氢气被加热到足够高的温度，以至于电子从氢原子核中剥离出来形成等离子体——带正电的原子核和带负电的电子组成的云。 「其中存在很大障碍，不仅在科学方面，而且在技术方面，」Budil 说道。 NIF 自带全球最强大的激光，但它是一种缓慢且低效的激光，依赖于几十年的老技术。 它每周启动约 10 次，而使用激光聚变方法的潜在商业核设施需要更快的激光器，能够以机关枪的速度射击，大约每秒 10 次。 NIF 消耗的能量也仍然比聚变反应产生的能量多得多。 不同波长的其他类型的激光可能会更有效地加热氢气。一些人赞成激光聚变直接驱动的方法，即使用激光直接加热氢。这将使更多的能量进入氢气，但也可能产生阻碍聚变反应的不稳定性。
60410编辑于 2023-03-29 - 来自专栏新智元
输出能量突破3.5兆焦耳，打破纪录
LLNL在向目标提供2.05兆焦耳（MJ）的能量之后，产生了3.15兆焦耳的核聚变能量输出，能量增益约为1.5。 7月30日，该实验室复现了这一实验。 首先，若干氢气小球被放入胡椒粒大小的装置中，然后使用强大的192束激光，加热和压缩氢燃料。 为了产生2.1兆焦耳的能量，它们需要500万亿瓦特，这比整个美国国家电网的输出还要多。 （也就是此前屡屡被人调侃的35亿美元烧开10壶水） 所以，以后的重大挑战是，如何创造一个反应，让总能量需求达到平衡，而不仅仅是最后激光阶段的反应。 而如果想要将聚变反应堆应用于商业发电，就需要让激光器每秒加热目标10次。这并非根本不可能，但从工程角度来看，是非常困难的。
2.1K70编辑于 2023-09-09 ：毫秒级闪蒸焦耳加热合成单晶HfO₂，构筑高离子导、高热稳固态电解质
本研究提出“径向效应工程”策略，首次引入基于熵的描述符Sd，通过集成压缩感知、梯度提升树与图卷积神经网络等机器学习方法，对超过10,000种氧化物、硫化物和卤化物进行高通量筛选与验证。 通过闪蒸焦耳加热技术合成纳米单晶HfO₂，并嵌入锂导电粘结剂中构建sc-HfO₂@LCB复合电解质。 图2 sc-HfO₂@LCB的闪蒸焦耳合成与界面结构表征为了验证S_d指导的材料设计思路，研究选择HfO₂作为模型体系，并通过毫秒级闪蒸焦耳加热技术将其转化为纳米单晶（sc-HfO₂）。 在LiFePO₄体系中，sc-HfO₂@LCB电池在10C倍率下循环5000次仍保持稳定；在硫正极中，得益于HfO₂对多硫化物的锚定作用，电池在2C下循环近千圈衰减极低；在高电压NCM90||Li电池中
30310编辑于 2026-02-07清华刘锴、李佳Nat Commun：焦耳加热法制备高熵协同Pt单原子催化剂实现高效甲醇氧化
理想催化剂需兼具高活性与强抗中毒能力，但现有技术难以调和这对矛盾：减少Pt用量虽可抑制CO生成，却会牺牲反应活性；而增加Pt含量又加剧中毒风险。 论文概要2025年7月10日，清华大学材料学院刘锴副教授、清华大学深圳国际研究生院李佳副教授团队合作，提出“高熵合金化单原子铂”（HEASA-Pt）策略，通过将孤立Pt原子与五种非贵金属元素（Ni、Co 采用焦耳加热法合成Pt含量仅2.3 at%的催化剂Pt₁-NiCoMgBiSn，其创新设计使单原子Pt位点既能激活C-O键，又通过高熵配位环境削弱CO吸附。 本研究采用原位焦耳加热法（冷却速率>1000 °C/s），以碳纳米管（CNT）薄膜为基底和热源，在H₂/Ar气氛中瞬时加热金属前驱体至1100°C后急速冷却，成功合成单相HEA纳米颗粒（图1a）。
1K10编辑于 2025-07-15北京石墨烯研究院&北京大学&清华大学Nature子刊：脉冲焦耳热诱导渗碳策略实现微米厚高结晶度石墨薄膜的秒级合成
本研究提出了一种“脉冲焦耳热诱导渗碳”（PJHIC）的非平衡合成策略。 c，d，经过10秒生长后，碳信号已均匀分布于整个镍基体，表明在析出发生前，碳已迅速体相溶解。 e，f，在12秒样品中，表面开始出现石墨层，直接证实了碳析出发生在10-12秒的关键窗口内，揭示了极快的相变动力学。g，h，生长72秒后，形成了~800 nm厚的连续石墨薄膜。 a，循环加热-冷却工艺示意图，每个循环包括碳溶解（加热）和石墨析出（冷却）两个阶段。b，通过调控循环次数（1-50次），在镍箔和钴箔上均可获得1-5微米厚的连续石墨薄膜。 i-k，时间域热反射（TDTR）技术测得PJHIC石墨的面内热导率达1314 W m⁻¹ K⁻¹（i），跨面热导率为7.51 W m⁻¹ K⁻¹（j），其综合导热性能与HOPG和Kish石墨相当（k），
31510编辑于 2026-02-28非平衡合成方法如何克服热力学障碍实现不相容元素的混合？
非平衡合成方法通过以下机制克服热力学障碍实现不相容元素的混合：非平衡合成方法利用超快加热和淬火过程，使系统在原子扩散和相分离发生之前就被"冻结"在特定状态，从而克服传统热力学平衡的限制[C6][C27] 例如在毫秒甚至纳秒时间内实现原子级均匀混合[C27][C120]这些方法利用极端温度梯度和超短时间窗口，通过动力学途径而非热力学途径实现材料形成，使不相容元素能够在亚稳态或高熵结构中共存[C30][C120]这些非平衡技术包括闪光焦耳加热 、火焰喷雾热解、放电等离子体、激光烧蚀、微波加热、喷雾干燥、机械化学合成、超声合成、超快光闪合成、电线电爆炸和莱顿弗罗斯特液滴爆炸等方法，它们各自通过不同的机制实现了对传统热力学限制的突破[C37-C119
16710编辑于 2026-01-17- 来自专栏新智元
美国可控核聚变4次点火成功，刷新纪录登Nature！首席女科学家入选年度十大人物
2023年7月30日，实验室首次实现3.88兆焦耳的输出能量，创下历史最高。 10月30日，实验室再刷记录——输入能量首次达到2.2兆焦。同时，3.4兆焦耳的输出能量也位列第二。 翻新后，信号强度直接提高了10到100倍，而研究人员也能够继续准确地「观测」激光性能。 然而，从目前的技术水平到实现向电网提供聚变能源，仍然有很长的路要走。 首先，若干氢气小球被放入胡椒粒大小的装置中，然后使用强大的192束激光，加热和压缩氢燃料。 激光在进入环空器后，会击中内壁并使其发出X射线，然后这些X射线可以将其加热到1亿摄氏度——比太阳中心还热，并将其压缩到地球大气压的1000亿倍以上。 工程奇迹 而让以上这些能够成为现实的国家点火装置（NIF），在工程和技术方面也是一个了不起的成就。
51110编辑于 2023-12-20 北京邮电大学清华大学Nano Research：快速焦耳加热（400°C，2min）合成高活性CoOₓ@NMC催化剂
【研究背景】随着信息技术的快速发展，尤其是5G向6G通信系统的演进，电磁环境日益复杂，电磁兼容与防护问题在民用、国防等领域显得尤为关键。 研究创新性地采用两步法合成关键双功能催化剂：首先通过液相机械化学混合实现前驱体均匀分散，随后利用快速焦耳热技术（400°C，空气气氛，2分钟）一步完成Co(NO₃)₂向Co₃O₄相的热转化与氮掺杂碳基体的复合 图2 CoOx@NMC催化剂的结构与性能表征CoOx@NMC催化剂通过两步法制备，包括液相机械化学混合与随后的快速焦耳热处理（400°C，空气气氛，2分钟），该过程促使Co(NO3)₂前驱体转化为Co3O4 HRTEM显示Co3O4晶格条纹（2.46 Å，对应（311）晶面），SAED进一步确认其晶体结构；XRD表明Co3O4与Co0相共存，证实焦耳加热过程中Co物种的受控氧化；XPS显示Co呈Co³⁺/Co²
33610编辑于 2026-01-04
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