Name: ייצור טמפרטורה גבוהה של Nanostructured yttria התייצב-Zirconia (YSZ) פיגומים על ידי באתרו Xerogels בניית תבנית פחמן (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 13 s
Description: חקור שיטה לייצור פיגומי YSZ ננו-מובנים בטמפרטורות גבוהות באמצעות תבנית פחמן. השיטה מייצרת חומרים קרמיים עם שטח פנים הגבוה פי 80 מטכניקות מסורתיות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכה על ידי המחלקה לכימיה ווייק פורסט ואת שרות מרכז יער עבור אנרגיה, סביבה, וקיימים (Cees). אנו מודים צ&#39;ארלס מוני ואת מתקן מכשור אנליטי של צפון קרוליינה סטייט לקבלת סיוע הדמיה SEM.

1. פלטות Xerogel הכינו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סינתזת ג&#39;ל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת בר ומערבבים מגנט 25 מ&quot;מ ו 113 מיליליטר מים ללא יוני מבחנת מיליליטר 500. מגנטי לערבב את המים ללא יונים בשיעור הגבוה שאינו יוצר מערבולת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאט לאט מוסיפים 13.05 גרם (0.056 mol) של כלוריד זירקוניום נטול מים אל מים ללא יונים במרווחים קטנים. אחרי הכל של כלוריד זירקוניום נטול מים נמס, מוסיפים 53.29 גרם (0.296 mol) של גלוקוז אל הפתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי הכל של גלוקוז מומס הפתרון, להוסיף 3.73 גר &#39;(0.01 mol) של hexahydrate חנק איטריום לפתרון. הגדלת השיעור בחישה מגנטית כדי ~ 700 סל&quot;ד ולחכות כל hexahydrate חנק איטריום לפזר בתמיסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 42 מ&quot;ל של פרופילן אוקסיד לפתרון. המשך ערבוב ב ~ 700 סל&quot;ד עבור פרופילן אוקסיד לערבב עם בתמיסה מימית. לאחר פרופילן אוקסיד הוא מעורבב עם בתמיסה מימית (~ 10 s), להקטין את t בחישה מגנטיתo ~ 150 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך בחישה עד בר ומערבבים מגנטי הפסיק לזוז עקב היווצרות של קריש. הג&#39;ל בדרך כלל יוצר בתוך 3 דקות. הערות: הוספת כלוריד זירקוניום נטול מים כדי מים ללא יונים היא תגובה אקסותרמית מאוד הכלורי זירקוניום נטול יהיה בנוצה אם זה מתווסף מהר מדי. הניסוח בסעיף 1.1. מתאים גלוקוז למתכות כוללות (זירקוניום + איטריום) יחס טוחן של 4.5: 1. חלק תוצאות הנציג כולל נתונים עבור גלוקוז כדי יחסי טוחנת מתכות סכים של 0: 1, 2.25: 1, ו 4.5: 1. כמות הגלוקוז הניסוח מוגבלת רק על ידי המסיסות של גלוקוז בתמיסה. לעיון, המסיסות המרבית של גלוקוז במים בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס היא 47.8% WT. 15 </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזדקנות ושטיפת ג&#39;ל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחוזקה לכסות את כוס המכילה ג&#39;ל עם Parafilm ולתת אותו גיל 24 h ידי השארת הכוס מכוסה בטמפרטורת החדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הכיסוי מן הקנקן למזוג נוזל על גבי הג&#39;ל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיפים 300 מ&quot;ל של אתנול אבסולוטי אל מבחנה המכילה ג&#39;ל, בחוזקה לכסות את הכוס עם Parafilm, ולהשאיר את הגביע מכוסה בטמפרטורת החדר למשך 24 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 1.2.3 פעמים נוספות עבור סכום כולל של שלוש כביסות אתנול פני תקופה כוללת של 72 h. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבוש ג&#39;ל לתוך Xerogel <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הג&#39;ל מהקנקן ולמקם אותו בצלחת מתאדה פורצלן 2 L (24 סנטימטרים קוטר חיצוניים העליון) בעזרת מרית במעבדה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשבור את הג&#39;ל לתוך כ 1 ס&quot;מ x 1 ס&quot;מ חתיכות עם מרית פרושים החלקים מעל פני השטח של המנה מתאדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תן החתיכות ג&#39;ל לייבוש בתנאי סביבה למשך שבוע או עד הג&#39;ל הוא יבש. הג&#39;ל נחשב יבש כשזה ניתן לטחון לאבקה דקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טוחנים את כל xerogel לאבקה דקה עם מכתש ועלי. הערה: לאחר ג&#39;ל יבש, זהנחשב xerogel כי הוא היה מיובש בתנאי סביבה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחיצה על Xerogel לתוך גלולה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים 1 גרם של אבקת xerogel לתוך למות העיתונות גלולה גלילי בקוטר של 13 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות עיתונות הידראולית, להחיל 22 kN בכוח עבור 90 s ללחוץ על ג&#39;ל xerogel לתוך גלולה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאט לאט לשחרר את הכוח ליישם על ידי העיתונות. לאט להוציא את הכדור החוצה למות גלולה ולאחר מכן להסיר בזהירות את הגלולה. </li></ol></li></ol> 2. Sintering גלולה Xerogel באווירה אינרטי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את גלולת xerogel תתפס אלומינה או צלחת zirconia התייצב-yttria ו לטעון את הצלחת למרכז תנור צינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זרימת ארגון בשיעור של שליש הנפח של הצינור עובד לדקה. זו תואמת את קצב זרימת ארגון של 750 מיליליטר · min -1 עבור צינור העבודה המשמש בעבודה זו. Vent משקע הגז במנדף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זרימת ארגון לכוורו דקות 15 לפחותefore מתחיל לחמם את תנור הצינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר הוא זורם ארגון ברציפות בקצב קבוע, תכנית בקר טמפרטורת תנור צינור ללוח זמני החימום הבא: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החזק בטמפרטורת החדר למשך 15 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים עד 850 מעלות צלזיוס בקצב הרמפה של 5 מעלות צלזיוס · min -1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים לטמפרטורה הרצויה sintering בקצב הרמפה של C ° 2 · min -1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החזק את הטמפרטורה sintering הרצוי עבור 2 h. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצננים 850 ° C בקצב הרמפה של 2 מעלות צלזיוס · min -1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצננים לטמפרטורת החדר בקצב הרמפה של C ° 5 · min -1. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את התוכנית ולבדוק שוב כי תנור צינור מתחמם בעקבות לוח הזמנים שנקבע בסעיף 2.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר גלול מכבשן הצינור אחרי תכנית החימום השלימה. </li></ol> 3. קביעת ריכוז תבנית פחמן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים חתיכה ~ 50 מ&quot;ג מתוךxerogel גלולה מדובקקת עם סכין שירות לטחון אותו לאבקה דקה עם מרגמה אגת ועלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום ~ 50 מ&quot;ג של אבקת קנס לתוך כוס מדגם אלומינה עבור אנליזה תרמוגרווימטרית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות נתח טרמוגרווימטריים (TGA), לחמם את המדגם בשיעור של 10 ° C · min -1 מ טמפרטורת הסביבה עד 1200 ° C תוך זורם אוויר מעל המדגם בשיעור של 100 מ&quot;ל · min -1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את אחוז השינוי במשקל המתרחשת בין ~ 350 ° C ו ~ 700 ° C. אחוז משקל זה התואם לתוכן פחמן הכולל במדגם. הערה: אם עלייה במשקל מתרחשת C 350 ° עד 700 ° C טווח, שלב קרביד יצר ואת החישוב של תוכן הפחמן הוא יותר מורכב. עבור במקרה זה, עיין חישובים המתוארים בספרות. 14 ניתוח יסודות פחמן נעשה שימוש כדי לאשר תוכן פחמן ניתן לחשב ממדידות TGA. </li></ol> 4. משטח גבוה הכנת פיגום YSZ פינה ידי הסרת תבנית פחמן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את גלולת xerogel מדובקקת בתוך כור היתוך אלומינה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את כור ההיתוך לתוך כבשן תיבה 700 מעלות צלזיוס למשך 2 h. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוציאים בזהירות את כור ההיתוך חם מכבשן תיבת עם מלקחיים כור ההיתוך נירוסטה ומצננים לטמפרטורת החדר במשך שעה אחת לפני הסרת פיגום YSZ נקבובי, לבן. </li></ol>

<ol><li>Badwal, S. P. S., Giddey, S. S., Munnings, C., Bhatt, A. I., Hollenkamp, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+electrochemical+energy+conversion+and+storage+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Chem%22%5BJournal%5D)">Emerging electrochemical energy conversion and storage technologies.</a> Front. Chem. 2 (79), 1-28 (2014).</li>
<li>Gross, M. D., Vohs, J. M., Gorte, R. J. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/154/7/B694.short">An examination of SOFC anode functional layers based on ceria in YSZ.</a> J. Electrochem. Soc. 154 (7), B694-B699 (2007).</li>
<li>Smith, B. H., Gross, M. D. <a target="_blank" href="http://esl.ecsdl.org/content/14/1/B1.short">A highly conductive oxide anode for solid oxide fuel cells.</a> Electrochem. Solid-State Lett. 14 (1), B1-B5 (2011).</li>
<li>Vo, N. M., Gross, M. D. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/159/5/B641.abstract">The effect of vanadium deficiency on the stability of Pd and Pt catalysts in lanthanum strontium vanadate solid oxide fuel cell anodes.</a> J. Electrochem. Soc. 159 (5), B641-B646 (2012).</li>
<li>Sholklapper, T. Z., Jacobson, C. P., Visco, S. J., De Jonghe, L. C. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/fuce.200800030/abstract">Synthesis of dispersed and contiguous nanoparticles in solid oxide fuel cell electrodes.</a> Fuel Cells. 8 (5), 303-312 (2008).</li>
<li>Jiang, Z., Xia, C., Chen, F. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468610002495">Nano-structured composite cathodes for intermediate-temperature solid oxide fuel cells via an infiltration/impregnation technique.</a> Electrochim. Acta. 55 (11), 3595-3605 (2010).</li>
<li>Zhan, Z., Bierschenk, D. M., Cronin, J. S., Barnett, S. A. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/-/content/articlelanding/2011/ee/c1ee01982a#!divAbstract">A reduced temperature solid oxide fuel cell with nanostructured anodes.</a> Energy Environ. Sci. 4, 3951-3954 (2011).</li>
<li>Gross, M. D., Vohs, J. M., Gorte, R. J. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2007/jm/b702633a#!divAbstract">Recent progress in SOFC anodes for direct utilization of hydrocarbons.</a> J. Mater. Chem. 17, 3071-3077 (2007).</li>
<li>Gross, M. D., Carver, K. M., Deighan, M. A., Schenkel, A., Smith, B. M., Yee, A. Z. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/156/4/B540.abstract">Redox stability of SrNbxTi1-xO3-YSZ for use in SOFC anodes.</a> J. Electrochem. Soc. 156 (4), B540-B545 (2009).</li>
<li>Savaniu, C. D., Irvine, J. T. S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016727381000072X">La-doped SrTiO3 as anode material for IT-SOFC.</a> Solid State Ionics. 192 (1), 491-493 (2011).</li>
<li>Choi, S., Shin, J., Kim, G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037877531101932X">The electrochemical and thermodynamic characterization of PrBaCo2-xFexO5+δ (x=0,0.5,1) infiltrated into yttria-stabilized zirconia scaffold as cathodes for solid oxide fuel cells.</a> J. Power Sources. 201, 10-17 (2012).</li>
<li>Kungas, R., Kim, J. S., Vohs, J. M., Gorte, R. J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1551-2916.2010.04359.x/abstract">Restructuring porous YSZ by treatment in hydrofluoric acid for use in SOFC cathodes.</a> J. Am. Ceram. Soc. 94 (7), 2220-2224 (2011).</li>
<li>Jung, W., Dereux, J. O., Chueh, W. C., Hao, Y., Haile, S. M. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2012/EE/c2ee22151a#!divAbstract">High electrode activity of nanostructured, columnar ceria films for solid oxide fuel cells.</a> Energy Environ. Sci. 5, 8682-8689 (2012).</li>
<li>Cottam, M., Muhoza, S., Gross, M. D. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jace.14306/abstract">Preserving nanomorphology in YSZ scaffolds at high temperatures via in situ carbon templating of hybrid materials.</a> J. Amer. Ceram. Soc. 99 (8), 2625-2631 (2016).</li>
<li>Alves, L. A., Silva, J. B. A., Giulietti, M. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/je700177n?journalCode=jceaax">Solubility of D-Glucose in Water and Ethanol/Water Mixtures.</a> J. Chem. Eng. Data. 52, 2166-2170 (2007).</li>
<li>Thommes, M., Smarsly, B., Groenewolt, M., Ravikovitch, P. I., Neimark, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adsorption+hysteresis+of+nitrogen+and+argon+in+pore+networks+and+characterization+of+novel+micro-+and+mesoporous+silicas%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Adsorption hysteresis of nitrogen and argon in pore networks and characterization of novel micro- and mesoporous silicas.</a> Langmuir. 22, 756-764 (2006).</li>
<li>Chervin, C. N., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm052301j">A non-alkoxide sol-gel method for the preparation of homogeneous nanocrystalline powders of La0.85Sr0.15MnO3.</a> Chem. Mater. 18, 1928-1937 (2006).</li>
<li>Clapsaddle, B. J., Sprehn, D. W., Gash, A. E., Satcher, J. H. Jr, Simpson, R. L. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022309304008361">A versatile sol-gel synthesis route to metal-silicon mixed oxide nanocomposites that contain metal oxides as a major phase.</a> J. Non-Crystalline Solids. 350, 173-181 (2004).</li>
<li>Gash, A. E., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm0007611?journalCode=cmatex">Use of epoxides in the sol-gel synthesis of porous iron (III) oxide monoliths from Fe(III) salts.</a> Chem. Mater. 13, 999-1007 (2001).</li>
</ol>

יש לנו מה למסור.

עם גישת בניית תבנית באתרו זה פחמן, אחד יכול ליצור ולשמר nanomorphology ב-תחמוצות מעורבת מתכת בטמפרטורות sintering פיגום קרמיקה מסורתית. תחומי השטח וכתוצאה מכך הם עד 80 פעמים גבוהות יותר מאשר פיגומים מדובקקת מסורתי ועד 4 פעמים גבוהות יותר מאשר פיגומים המפוברקים על ידי טכניקות בתצהיר מורכבות. 14 מערכת ג&#39;ל תחמוצת-גלוקוז פרופילן היא מאוד גמישה עבור כוונון הריכוז של תבנית פחמן, המאפשר אחד כדי לשלוט על ריכוז תבנית פחמן שיטתי בין 10 כרך% פחמן כמעט 100...

תא דלק תחמוצת המוצק (SOFC) טומן בחובו הבטחה גדולה כטכנולוגית המרת אנרגיה חלופית הדור היעיל של חשמל נקי. ההתקדמות 1 ניכר נעשה במחקר ופיתוח של טכנולוגיה זו; עם זאת, שיפורים בביצועי אלקטרודה עדיין נדרשים כדי להשיג מסחור אמין. האלקטרודה קרובה כוללת פיגום קרמיקה נקבובי עם חלקיקי electrocatalytic מקושטים על פני שטח הגרדום. גוף גדול של המחקר התמקד בהגדלת שטח הפנים של חלקיקי electrocatalytic כדי להגדיל את הביצועים, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 אבל יש מחקר מעט מאוד על הגדלת שטח הפנים הגרדום. הגדלת שטח הגרדוםהאזור הוא מאתגר כי הם sintered בטמפרטורות גבוהות, 1100 ° C עד 1500 מעלות צלזיוס. פיגומים מעובדים על ידי sintering המסורתי בדרך כלל יש שטח פנים ספציפי של 0.1-1 מ &#39;2 · g -1. 8, 9, 10, 11 ישנם כמה דיווחים על הגדלת שטח הפנים הגרדום. במקרה אחד, שטח הפנים של פיגום מדובקקת מסורתי התחזק בעקבות הפירוק ואת המשקעים של משטח הפיגום באמצעות חומצה הידרופלואורית, השיג שטח ספציפי של 2 מ &#39;2 · g -1. 12 בחודש אחר, טמפרטורות גבוהות היו להימנע לחלוטין באמצעות בתצהיר ליזר פעמו, השיגו שטח ספציפי של 20 מ &#39;2 · g -1. 13 הרציונל מאחורי הפיתוח של הטכניקה שלנו הייתה ליצור ייצור בעלות נמוכהתהליך מספק שטח פן פיגום תקדים ומשתמש טמפרטורות sintering מסורתיות כך שהתהליך יכול לאמץ בקלות. בעזרת הטכניקה דיווחה כאן, באזורי משטח פיגום עד 80 מ &#39;2 · g -1 הוכחו תוך מעובדת בטמפרטורות sintering מסורתיות. 14 המחקר שלנו מונע בעיקר על ידי הנדסת אלקטרודה SOFC, אבל הטכניקה היא יותר רחבה החלימה שדות ויישומים אחרים. השיטה באופן כללי, יצירת תבניות פחמן באתרו היא גישה גמישה שיכול לייצר nanostructured, שטח פנים גבוהים חומרים קרמיים מעורבת-מתכת באבקה או טופס פיגום ספוגי. זה הוא גמיש כי רכב הקרמיקה המעורבת-המתכת, שטח פנים, נקבובי, ואת הגודל נקבובי כולם יכולים להיות מכוון באופן שיטתי. טמפרטורות גבוהות לעתים קרובות יש צורך ליצור את השלב הרצוי בקרמיקה מעורבת-מתכת, וכן גישה זו שומרת קרמיקה nanomorphology while המאפשר אחד כדי לבחור בעצם כל טמפרטורת עיבוד. שיטה זו כרוכה הסינתזה של ג&#39;ל מבוסס-תחמוצת-פרופילן היברידי אורגני-אורגני, עם ורכב להגדיר היטב של יוני מתכת ויחס של אורגני לתוכן אורגני. הג&#39;ל הוא מיובש בתנאי הסביבה להקים xerogel. Xerogel הוא sintered באווירה ארגון בטמפרטורה הרצויה. לאחר החימום, המרכיב האורגני מתפרק משאירים מאחוריהם תבנית פחמן באתרו, אשר נשאר למשך sintering. תבנית פחמן מוסרת לאחר מכן על ידי חמצון בטמפרטורה נמוך באוויר, וכתוצאה מכך nanostructured, קרמיקה באזור גבוה משטח.

<table><tbody><tr><td>זירקוניום (IV) כלוריד, 99.5+%</td> <td>Alfa Aesar</td><td>12104</td><td></td></tr><tr><td>Yttium(III) ניטראט הקסדידראט רגיש לאוויר, 99.9%</td> <td>Alfa Aesar</td><td>12898</td><td>מחמצן</td></tr><tr><td>D+ גלוקוז נטול מים, &ge; 99.5%</td> <td>מדעי החיים הביולוגיים בארה"ב</td><td>G3050</td><td></td></tr> <tr><td>(&plusmn;)-תחמוצת פרופילן, &ge; 99%</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>110205</td><td></td></tr><tr><td>אתנול דליק במיוחד 200 הוכחה</td><td>Decon Laboratories, Inc.</td><td>2716GEA</td><td></td></tr><tr><td>ארגון, 99.997%</td><td>Airgas</td><td>AR 300</td><td>כיתה תעשייתית</td></tr></tbody></table>

ייצור טמפרטורה גבוהה של nanostructured yttria התייצב-zirconia (ysz) פיגומים על ידי<em&gt; באתרו</em&gt; xerogels בניית תבנית פחמן

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

אנחנו מדגימים שיטה עבור ייצור בטמפרטורה גבוהה של zirconia התייצב-yttria נקבובי, nanostructured (YSZ, 8 mol yttria% - 92 zirconia mol%) פיגומים בעלי שטח פנים ספציפי מתכונן עד 80 מ &#39;2 · g -1. בתמיסה מימית של מלח זירקוניום, מלח איטריום, וגלוקוז הוא מעורב עם פרופילן אוקסיד (PO) כדי ליצור ג&#39;ל. הג&#39;ל הוא מיובש בתנאי הסביבה להקים xerogel. Xerogel נלחץ לתוך כדורים ואז sintered באווירת ארגון. במהלך sintering, נוצר קרמיקת שלב YSZ ואת הרכיבים האורגניים מתפרקים, משאירים מאחוריהם פחמן אמורפי. הפחמן שנוצר באתרו משמש כתבנית קשה, שמירה על nanomorphology YSZ שטח פנים גבוהים ב sintering טמפרטורה. הפחמן מוסר לאחר מכן על ידי חמצון באוויר בטמפרטורה נמוכה, וכתוצאה מכך פיגום YSZ נקבובי, nanostructured. הריכוז של תבנית הפחמן ואת שטח הפיגום הסופי יכול להיות שיטתיly מכוון על ידי שינוי ריכוז הגלוקוז סינתזת ג&#39;ל. ריכוז תבנית פחמן היה לכמת באמצעות אנליזה תרמוגרווימטרית (TGA), בגודל שטח באזור נקבובי ההפצה נקבעה על ידי מדידות ספיחה פיסיות, ואת המורפולוגיה התאפיינה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורקים (SEM). טוהר שלב וגודל הגביש נקבע באמצעות דיפרקציה בקרני רנטגן (XRD). גישת המצאה זו מספקת רומן, פלטפורמה גמישה למימוש אזורי nanomorphologies משטח פיגום תקדים עבור יישומי המרת קרמיקה מבוססת אלקטרוכימי אנרגיה, למשל תא דלק מוצק תחמוצת אלקטרודות (SOFC).

טוהר שלב אושרה על ידי קרני ה- X עקיפה (XRD) כפי שדווח בעבר על ידי Cottam ואח. 14 YSZ פיגום באזור מסוים השטח כפונקציה של ריכוז תבנית פחמן מוצג באיור 1. הריכוז מוצג כאחוז הנפח של מוצקים סכים גלולת xerogel מדובקקת. ריכוז תבנית הפחמן מגדיל באופן שיטתי ככל שעלה ריכוז הגלוקוז ניסוח ג&#39;ל. כפי שניתן לראות בתרשים 1, פני השטח המבוקש מגדיל באופן שיטתי מן 10 מ &#39;2 · g -1</...

פרוטוקול עבור בודה נקבובי, nanostructured התייצב-yttria-zirconia (YSZ) פיגומים בטמפרטורות בין 1000 ° C ו 1400 ° C מוצג.

ייצור טמפרטורה גבוהה של Nanostructured yttria התייצב-Zirconia (YSZ) פיגומים על ידי<em&gt; באתרו</em&gt; Xerogels בניית תבנית פחמן

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

המטרה הכוללת של שיטה זו לעיבוד חומרים היא ליצור ולשמר קרמיקות ננו-מבניות בטמפרטורות סינטירה טיפוסיות, באמצעות תבניות פחמן של חומרים היברידיים in situ. שיטה זו עשויה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בתחומי הנדסת החומרים והעיבוד, כגון כיצד לשלוט במבנים ננו-קרמיים בתנאים הרחוקים משיווי משקל. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מייצרת חומרים קרמיים עם שטח פנים הגדול פי 80 מאשר בטכניקות מסורתיות.למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי ננו-מבנים של זירקוניה מיוצבת ביטריה (Yttria stabilized Zirconia), ניתן להחיל אותה למעשה על כל חומר של תחמוצת מתכות מעורבת. ראשית, יש להוסיף מגנט לערבוב במידה של 25 millimeter ו-113 milliliters של מים דה-יוניים לכלי כימי (beaker) בנפח של 500 milliliter. ערבבו את המים דה-יוניים בקצב הגבוה ביותר שאינו יוצר מערבולת.הוסף לאט 13.05 גרם של Zirconium Chloride ללא מים למים דאיוניים במנות קטנות. לאחר שכל ה-Zirconium Chloride נמס, הוסף לתמיסה 53.29 גרם גלוקוז. לאחר שכל הגלוקוז נמס, הוסף לתמיסה 3.73 גרם של Yttrium nitrate hexahydrate.העלה את קצב הערבוב לכ-700 RPM והמתן עד להמסה מלאה של כל המוצק בתמיסה. לאחר מכן, הוסף לתמיסה 42 milliliters של propylene oxide. ברגע שהתמיסה מעורבבת מספיק, הפחת את קצב הערבוב לכ-150 RPM.המשיכו בערבוב עד שמוט הערבוב המגנטי יפסיק לנוע עקב היווצרות הג'ל. לאחר מכן, כסו היטב את הכוס המכילה את הג'ל באמצעות parafilm. לאחר השכנת הג'ל למשך 24 שעות, הסירו את ה-parafilm מהכוס ושפכו את הנוזל שנמצא מעל הג'ל.בשלב הבא, הוסיפו 300 milliliters של אתנול מוחלט לכלי הביקר המכיל את הג'ל. כסו את הביקר היטב בעזרת parafilm והשאירו את הכלי המכוסה בטמפרטורת החדר למשך 24 שעות. לאחר חזרה על השלב הקודם פעמיים, הוציאו את הג'ל מהביקר והעבירו אותו לכלי אידוי מחרסינה בנפח של שני ליטר באמצעות שפכטל מעבדה.שברו את הג'ל לחתיכות בעזרת שפכטל ופזרו את החתיכות על פני השטח של כלי האידוי. לאחר ייבוש חתיכות הג'ל בתנאי הסביבה, טחנו את ה-xerogel המתקבל לאבקה דקה באמצעות מכתש ועלי פני אגט. כעת, הניחו גרם אחד של אבקת xerogel לתוך תבנית של מכבש כדורים גלילית בקוטר 13 מילימטר.באמצעות מכבס הידראולי, הפעל כוח של 22 kilo Newtons למשך 90 שניות כדי לדחוס את ג'ל ה-xerogel לכדי כדורית (pellet). שחרר לאט את הכוח המופעל על ידי המכבס. לאחר מכן, הוצא בזהירות את הכדורית מתוך תבנית הדחיסה.הניחו את כדור ה-xerogel על לוח YSZ והכניסו את הלוח למרכז תנור צינור. הפריזו ארגון בקצב של שליש מנפח צינור העבודה לדקה למשך 15 דקות לפחות, תוך ניתוב יציאת הגז למכסה מסיס (fume hood). בזמן זרימה רציפה של ארגון בקצב קבוע, הגדירו בבקר הטמפרטורה של תנור הצינור את לוח הזמנים המתאים לחימום.הפעילו את התוכנית וודאו שוב ששנור התנור מתחמם בהתאם ללוח הזמנים. לאחר השלמת תוכנית החימום, הוציאו את הכדור מתנור השנור. באמצעות סכין חלון, חתכו פיסה של 50 milligram ממרכז כדור ה-xerogel.לאחר מכן, גרסו את ה-xerogel לאבקה דקה באמצעות מכתש ועלי פלדה מאגט. העבירו כ-50 milligrams של האבקה הדקה לכוס דגימה מאלומינה עבור אנליזה תרמו-גרבימטרית. באמצעות אנליזר תרמו-גרבימטרי, חממו את הדגימה בקצב של 10 degrees Celsius לדקה מטמפרטורת הסביבה ועד ל-1200 degrees Celsius, תוך הזרמת אוויר מעל הדגימה בקצב של 100 milliliters לדקה.חשבו את אחוז השינוי במשקל המתרחש בין 350 ל-700 מעלות צלזיוס, המקביל לתכולת הפחמן הכוללת בדגימה. בשלב זה, הניחו את גלולת ה-xerogel הממורכזת בכ crucible של Alumina. הכניסו את ה-crucible לתנור קופסא בטמפרטורה של 700 מעלות צלזיוס למשך שעתיים.הוצאו בזהירות את כור ההיתוך החם מתנור הקופסה בעזרת מלקחי כור מפלדת אל חלד. לאחר קירור לטמפרטורת החדר למשך שעה אחת, הוציאו את פיגום ה-YSZ הלבן והנקבובי מכור ההיתוך. שטח הפנים הספציפי של פיגום ה-YSZ כפונקציה של ריכוז תבנית הפחמן מוצג כאן.ריכוז תבנית הפחמן ושטח הפנים הספציפי עולים באופן שיטתי עם העלייה בריכוז הגלוקוז ובעלייה ביחס המולרי בין גלוקוז למתכות, בהתאמה. ריכוז תבנית הפחמן, כפי שקוונט באמצעות אנליזה תרמו-גרבימטרית, היה 4% משקל ו-64% משקל מכלל המוצקים עבור יחסי מול של גלוקוז למתכות של 0 ל-1 ו-4.5 ל-1, בהתאמה. תמונות SEM מראות כי החלקיקים של ה-YSZ xerogel עם תוספת גלוקוז קטנים פי כמה מאלו ללא תוספת גלוקוז.היווצרותן של חלקיקים קטנים יותר על ידי הוספת גלוקוז לג'ל עולה בקנה אחד עם תכולת הפחמן הגבוהה ושטח הפנים שלהם. תבניות XRD של שיאו החזק ביותר של YSZ עבור פיגום YSZ כפונקציה של היחס המולרי בין הגלוקוז למתכות מוצגות כאן. גודל הגביש קטן ככל שהיחס המולרי עלה, וההתקדמות בגודל הגביש עולה בקנה אחד עם העלייה שנצפתה בשטח הפנים עם עליית היחס המולרי.התפלגות גודל הנקבוביות של פיגום ה-YSZ כפונקציה של היחס המולרי בין הגלוקוז למתכות מראה כי הן מספר הנקבוביות והן גודלן עולים עם עלייה ביחס המולרי. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לזכור לשמור על זרימה אטומה של גז אינרטי דרך כבשן השפופרת. בעקבות פרוצדורה זו, ניתן ליצור מבני קרמיקה אחרים, כגון המבנים שלנו שהוכנו כאן על ידי חדירה של היברידים לתוך פיגומים מסורתיים.לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה לגבי הדרכים ליצירה, שימור ובקרה של מורפולוגיה ננו-קרמית בטמפרטורות גבוהות.

high-temperature-fabrication-nanostructured-yttria-stabilized

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מציגים שיטות ייצור של microstructures בדוגמת של צינורות פחמן מיושר אנכית (CNTs), והשימוש בהם כמו תבניות בסיס לייצור microstructures פולימר במרקם מאורגן פני הננומטרי. ביערות ה-CNT הם densified על ידי עיבוי של ממס על מצע, אשר מגביר באופן משמעותי את צפיפות האריזה שלהם ומאפשר עצמית מכוונת היווצרות של צורות 3D.

ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן

נהלים שונים המפורטות להכין תבניות מוגדרות אטומי לצמיחת epitaxial של סרטים דקים תחמוצת מורכבת. טיפולים כימיים של SrTiO היחיד גבישים 3 (001) וDyScO 3 (110) מצעים בוצעו להשיג משטחים חלקים אטומי, אחד הסתיימו. Ca 2 Nb 3 O 10 - יריעות שמשו כדי ליצור תבניות מוגדרות אטומי על מצעים שרירותיים.

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת Thin Films

פרוטוקול זה מתאר את ההכנה של חומרים אנרגטיים gasless nanostructured (Ni + אל, Ta + C, Ti + C) באמצעות אנרגיה גבוהה הכדור לטווח קצר כרסום טכניקה (HEBM). הוא גם מתאר שיטת הדמיה תרמית במהירות גבוהה כדי ללמוד את תגובתיות של nanocomposites המפוברק מכאני. ניתן להאריך פרוטוקולים אלה לחומרים אנרגטיים nanostructured תגובה אחרות.

חומרים אנרגטיים הכנה ותגובתיות של Gasless Nanostructured

דו"ח זה מתאר את השימוש במערכת שהותקן לבצע בתצהיר תרסיס של סרטים עבים של גארנט ברזל איטריום על גבי מצעי ספיר ב RT. הסרטים שהופקדו מאופיינים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורקים, profilometry, ותהודה פרומגנטיים לתת סקירת נציג של היכולות של הטכניקה.

היווצרות עבה צפופים איטריום ברזל גרנט הסרטים באמצעות תרסיס הפקדת

פרוטוקול לסינתזה ועיבוד של קרמיקה פולי-קריסטלית SrTiO3 מסוממת באופן לא אחיד עם Pr מוצג יחד עם חקירת התכונות התרמו-אלקטריות שלהם.

סינתזה של SrTiO מסומם-PR ללא אחיד<sub&gt; 3</sub&gt; קרמיקה והנכסים תרמיות שלהם

כאן, אנו מכינים ולאפיין ננו ZnO / CdSSe היררכי דמוי עץ הרומן, שבו סניפים CdSSe גדלים על nanowires ZnO מיושר אנכית. Nanotrees וכתוצאה מכך הם חומר פוטנציאל המרת אנרגיית השמש והתקנים אופטו-אלקטרוניים אחרים.

סינתזה של המבנה ההיררכי ZnO / CdSSe Heterostructure Nanotrees

פותחה טכניקה בת קיימא ליצירת דו-גבישי סטרונציום טיטנאט בלחץ גבוה וקצב חימום מהיר באמצעות מנגנון הסינטר של פלזמת הניצוץ.

ספארק Apparatus Sintering פלזמה משמש ליצירת סטרונציום Titanate Bicrystals

סיבי פחמן ארוכים וחלולים עשויים מפוברקים על פי פירוליזה של מוצר טבעי, שיער אנושי. שני השלבים ייצור של מערכות פחמן microelectromechanical ופחמן nanoelectromechanical, או C-MEMS ו- C-NEMS, הם: (1) photolithography של מבשר פולימר עשיר פחמן ו (2) פירוליזה של מבשר פולימר בדוגמת.

ייצור של 3D מערכות מיקרואלקטרו-מכניות פחמן (C-MEMS)

כאן נתאר פרוטוקול עבור additively ייצור רכיבים זרקוניה בשחור-לבן על-ידי הדפסת תלת-ממד תרמופלסטיים (CerAM - T3DP), שיתוף סינטור ללא פגם.

הרכיבים מבוססי קרמיקה חומר רב – כתוסף בייצור מרכיבים אסתטיים בשחור-לבן על-ידי הדפסת תלת-ממד תרמופלסטיים (CerAM - T3DP)

מחקר זה מראה הייצור מוספים חומר רב (אני) משתמש התמזגו פילמנט פבריקציה נוספת (FFF) של פלדת אל-חלד, אסתטיים.

פילמנט מאוחה פבריקציה נוספת (FFF) של רכיבי מתכת-קרמיקה

הפרי באיכות גבוהה Schottky אנשי קשר הכרחי להשגת שער יעיל אפנון ב heterostructure השדה אפקט טרנזיסטורים (HFETs). אנו מציגים את מתודולוגיית ייצור ומאפיינים של דיודות Schottky על heterostructures BeMgZnO Zn-הקוטב/ZnO בגז בצפיפות גבוהה שני אלקטרונים תלת-ממדי (2DEG), מיוצרת על ידי פלזמה בסיוע קרן מולקולרית epitaxy על גן תבניות.

ייצור של דיודות Schottky על Heterostructure BeMgZnO/ZnO Zn-הקוטב גדלה פלזמה בסיוע קרן מולקולרית Epitaxy

חקור שיטה לייצור פיגומי YSZ ננו-מובנים בטמפרטורות גבוהות באמצעות תבנית פחמן. השיטה מייצרת חומרים קרמיים עם שטח פנים הגבוה פי 80 מטכניקות מסורתיות.

ייצור טמפרטורה גבוהה של Nanostructured yttria התייצב-Zirconia (YSZ) פיגומים על ידי

גלה סרטונים נוספים