Abstract Manufacturing of nanostructured materials and functional devices offers many exciting opportunities for substantial contribution in renewable energy utilization, environmental compliance, and product development. In the past two decades, gas-phase flame synthesis has not only proved to be one of the most scalable and economical technologies for producing well-controlled nanostructured materials, including single metal-oxide, mixed-oxide nanocomposite, and carbon nanostructures, but also has been recognized as robust fabrication method of nano-devices. In this paper, we focus our review mainly on the recent trends in specific applications of flame aerosol synthesis in the last decade, e.g., (a) usage of a substrate in stagnation geometry with controlled particle temperature–time history, (b) application of external fields to control particle characteristics, (c) development of advanced spray technique for doping synthesis of nanocomposites of multicomponent metal oxides or carbon–metal oxides, and (d) fabrication of nanomaterial-based functional devices. For the possibility to improve the design and operation of flame aerosol reactors, we summarize recent advances in: (i) in situ optical diagnostics for either gas phase or particle phase in flame field; (ii) multi-scale modeling and simulation employing gas-phase chemistry, population balance method, molecular dynamics and nanoscale particle dynamics.

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纳米结构材料和功能器件的火焰气溶胶合成：加工、建模和诊断

摘要 纳米结构材料和功能器件的制造为可再生能源利用、环境合规和产品开发方面的重大贡献提供了许多令人兴奋的机会。在过去的二十年里，气相火焰合成不仅被证明是生产可控纳米结构材料（包括单一金属氧化物、混合氧化物纳米复合材料和碳纳米结构）的最具规模和经济的技术之一，而且已被公认为纳米器件的稳健制造方法。在本文中，我们主要回顾了过去十年火焰气溶胶合成特定应用的最新趋势，例如，（a）在具有受控粒子温度 - 时间历史的停滞几何中使用基质，(b) 应用外场来控制粒子特性，(c) 开发用于掺杂合成多组分金属氧化物或碳-金属氧化物纳米复合材料的先进喷涂技术，以及 (d) 基于纳米材料的功能器件的制造。为了改进火焰气溶胶反应器的设计和操作的可能性，我们总结了以下方面的最新进展：（i）火焰场中气相或颗粒相的原位光学诊断；(ii) 采用气相化学、种群平衡法、分子动力学和纳米级粒子动力学的多尺度建模和模拟。为了改进火焰气溶胶反应器的设计和操作的可能性，我们总结了以下方面的最新进展：（i）火焰场中气相或颗粒相的原位光学诊断；(ii) 采用气相化学、种群平衡法、分子动力学和纳米级粒子动力学的多尺度建模和模拟。为了改进火焰气溶胶反应器的设计和操作的可能性，我们总结了以下方面的最新进展：（i）火焰场中气相或颗粒相的原位光学诊断；(ii) 采用气相化学、种群平衡法、分子动力学和纳米级粒子动力学的多尺度建模和模拟。