2026年1月7日，武汉工程大学夏东教授团队在《AIChE Journal》上发表了题为“Flash joule-heating technology for material manufacturing, processing, and emerging applications”的综述（DOI:10.1002/aic.70215）。该综述系统阐述了闪蒸焦耳加热技术这一通过超高功率电脉冲实现材料瞬时极端加热的新方法。文章指出，该技术能将各类碳基废弃物高效转化为石墨烯等先进材料，并广泛应用于金属回收、电池再生、环境修复及清洁能源生产等多个前沿领域。尽管在反应机理研究与规模化工艺方面仍存在挑战，但该技术凭借其高效、低碳、快速的特性，已成为推动材料制造向可持续与智能化转型的关键平台之一。
研究背景
1. 技术起源：闪蒸焦耳加热是一种通过高强电脉冲在毫秒级时间内将导电材料加热至超高温（常超过3000 K）的技术，最初由Tour课题组于2018年用于石墨烯的合成。
2. 技术优势：相较于传统加热方式，FJH具有超高加热速率（10⁵ K/s）、高能效（近100%）、低能耗和快速响应等特点，适用于导电或半导体材料。
3. 研究动机：随着对可持续制造和循环经济需求的增长，FJH因其在废物转化、金属回收、环境修复和清洁能源生产等方面的潜力而受到广泛关注。
研究方法
1. 技术原理：通过对导电材料施加高电压脉冲，在极短时间内实现超高温，驱动非平衡态下的结构转变和化学反应。
2. 实验装置：通常包括电极系统、脉冲电源、反应器（如石英管）和温度监测系统。部分研究还采用“双石英管”设计（flash-within-flash）以处理挥发性元素。
3. 材料体系：涵盖碳基材料（如石墨烯、碳纳米管）、无机材料（如碳化物、氮化物）、金属催化剂、废弃物（如塑料、电子垃圾、电池材料）等。
4. 表征手段：包括TEM、SEM、XRD、Raman、XPS、质谱等，部分研究结合分子动力学模拟和原位表征技术。
图1：碳热冲击（亦称闪蒸焦耳加热）技术原理示意图
研究结果
FJH已在多个领域展现出广阔的应用前景：
| 应用领域 | 关键成果 |
| 纳米碳材料合成 | 从煤、塑料、生物质等废弃物中快速合成高质量石墨烯；实现克级至千克级生产；可调控同位素组成与异质原子掺杂。 |
| 无机材料合成与加工 | 合成碳化物、氮化物、硼氮纳米管等；实现金属硫族化合物的相变调控；合成高熵合金和亚稳相材料。 |
| 城市采矿与金属回收 | 从电子废弃物中高效回收金、银等贵金属（回收率达80
|
| 电池材料回收与升级 | 快速再生石墨负极，去除SEI层和杂质；实现正极金属的高效提取与再锂化。 |
| 环境修复 | 降解土壤和水体中的PFAS污染物；去除飞灰和赤泥中的重金属；实现塑料废弃物向石墨烯和氢气的转化。 |
| 清洁氢气生产 | 从废塑料中直接制备高纯度氢气，几乎无CO2排放，产氢效率超过80%。 |
| 复杂系统合成 | 采用“flash-within-flash”策略合成SnS2、SnSe2等二维材料，实现克级至千克级量产。 |
展望
1. 深化反应机理研究：需结合先进原位表征与多尺度模拟，阐明FJH超快非平衡过程的原子级动态机制。
2. 开发智能化过程控制系统：应建立实时反馈与自适应调控系统，实现电脉冲参数的精确控制，保障大批量产品质量一致。
3. 推动反应器工程化与规模化：须设计连续式、模块化的大型反应装置，实现从实验室克级到工业吨级生产的平稳过渡。
4. 融合人工智能优化工艺：可借助机器学习分析工艺数据，预测材料性能并自主优化合成参数，加速新材料开发与工艺升级。
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