Name: קביעת מאפייני תרמודינמי בסגסוגות מתכת עפרורית נוזלי בטכניקה כוח אלקטרו מניע (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-03T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 2 s
Description: למדו לקבוע מאפיינים תרמודינמיים בסגסוגות מתכת עפרורית נוזלי באמצעות טכניקת כוח אלקטרו מניע. שיטה זו מאפשרת מדידה מדויקת של פעילות, אנטרופיה ואנתלפיה חלקיים מולריים.

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 לנו מחלקת האנרגיה, Office של אנרגיה גרעינית של אנרגיה גרעינית באוניברסיטת תוכניות (פרס מס ' DE-NE0008425); אוניברסיטת משולב בתוכנית לתואר שני מלגת (פרס מס ' DE-NE0000113); משרד של סחר, תעשיית &#38; אנרגיה, הרפובליקה של קוריאה, את יעילות האנרגיה &#38; משאבים Core טכנולוגיה תוכנית של מכון קוריאה אנרגיה וטכנולוגיה הערכה ותכנון (KETEP) (מספר 20142020104190). פרסום מאמר זה היה מומן בחלקו על ידי פנסילבניה המדינה אוניברסיטת ספריות פתח גישה פרסום הקרן.

<ol><li>Ipser, H., Mikula, A., Katayama, I. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0364591610000386">Overview: The emf method as a source of experimental thermodynamic data.</a> CALPHAD: Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 34 (3), 271-278 (2010).</li>
<li>Kim, H., Smith, N., Kumar, K., Lichtenstein, T. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468616321831">Electrochemical Separation of Barium into Liquid Bismuth by Controlling Deposition Potentials.</a> Electrochim. Acta. 220, 237-244 (2016).</li>
<li>National Research Council. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Electrometallurgical+Techniques+for+DOE+Spent+Fuel+Treatment%3A+Final+Report%22">Electrometallurgical Techniques for DOE Spent Fuel Treatment: Final Report</a>. , National Academy Press. Washington, D.C. (2000).</li>
<li>Simpson, M. F. <a target="_blank" href="https://www.hindawi.com/journals/stni/2013/945858/">Projected Salt Waste Production from a Commercial Pyroprocessing Facility.</a> Sci. Technol. Nucl. Install. 2013, 1-8 (2013).</li>
<li>Lichtenstein, T., Smith, N. D., Gesualdi, J., Kumar, K., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468616327013">Thermodynamic properties of Barium-Bismuth alloys determined by emf measurements.</a> Electrochim. Acta. 228, 628-635 (2017).</li>
<li>Kim, H., Boysen, D. A., Ouchi, T., Sadoway, D. R. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775313006502">Calcium-bismuth electrodes for large-scale energy storage (liquid metal batteries).</a> J. Power Sources. 241, 239-248 (2013).</li>
<li>Delcet, J., Delgado-Brune, A., Egan, J. J. <a target="_blank" href="https://scholar.google.com/scholar?cluster=11936657032995376385&hl=en&oi=scholarr">Coulometric Titrations Using CaF2 and BaF2 Solid Electrolytes to Study Alloy Phases.</a> Symp. Calc. Phase Diagrams Thermochemistry Alloy Phases. 275, Metallurgical Society of AIME Milwaukee. 275-287 (1979).</li>
<li>Roine, A. <a target="_blank" href="http://www.chemistry-software.com/pdf/HSC/full%20manual%20HSC%20Chemistry%205.pdf">Outokummpu HSC Chemistry 5.1. Chemical Reaction and Equilibrium Software with Extensive Thermochemical Database</a>. , (2002).</li>
<li>Smith, N. D., Lichtenstein, T., Gesualdi, J., Kumar, K., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001346861632597X">Thermodynamic Properties of Strontium-Bismuth Alloys Determined by Electromotive Force Measurements.</a> Electrochim. Acta. 225, 584-591 (2017).</li>
<li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001346861101694X">Thermodynamic properties of Calcium-Bismuth alloys determined by emf measurements.</a> Electrochim. Acta. 60, 154-162 (2012).</li>
<li>Okamoto, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOkamoto%2C+H+%22Ba-Bi+%28Barium-Bismuth%29%22">Ba-Bi (Barium-Bismuth)</a>. , 2nd ed, ASM International, Materials Park. (1990).</li>
<li>Lichtenstein, T., Gesualdi, J., Nigl, T. P., Yu, C. T., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468617315311">Thermodynamic Properties of Barium-Antimony Alloys Determined by Emf Measurements.</a> Electrochim. Acta. , (2017).</li>
<li>Wagner, C. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/115/9/933.short">Limitation of the Use of CaF2 in Galvanic Cells for Thermodynamic Measurements due to the Onset of Electronic Conduction under Reducing Conditions.</a> J. Electrochem. Soc. 115 (9), 933-935 (1968).</li>
</ol>

המחברים יש שאין ניגודי אינטרסים לחשוף לגבי החומר בפרסום.

התא emf בעבודה זו משתמשת CaF2-מבוסס אלקטרוליט מוצק חומרים אלקטרודה-יצירות קבוע, בהשוואה ל emf תא המשתמשת בטכניקה טיטור coulometric שבו השתנה ההרכב אלקטרודה בטמפרטורה קבועה. עם coulometric טיטור, ההרכב האלקטרודה נקבע על ידי חוק פאראדיי, בהנחה יעילות coulombic מושלם. עם זאת, מאוד תגובתי אלקליין – הארץ המתכות הן בינוני מסיסים (למשל, המסיסות % מול Ba ~ 15 BaCl2) ב מלחי הליד משלהם, אשר ניתן לקדם הולכה אלקטרונית דרך האלקטרוליט, למנוע שליטה מדויקת של ההרכב של האלקטרודה במהלך טיטור coulometric7,13. תא אלקטרוכימי בעבודה זו פועלת עם חומרים אלקטרודה יצירות קבוע, וכך למנוע חוסר ודאות בחשבונאות ההלחנה באמצעות טיטור coulometric, ומאפשרת emf מדויק מדידות של סגסוגות אלקליין-אדמה. יתר על כן, סוללת ייחודית בעבודה זו מודדת את הערכים emf של סגסוגת ארבע יצירות בו זמנית בתוך אותו ניסוי כדי להאיץ את ההערכה של המאפיינים תרמודינמי על מגוון רחב של יצירות, טמפרטורות.
הקשת-melter משמש כדי לפברק את סגסוגות בינארי, זה אפשרי כי ההרכב הסופי של סגסוגות ניתן לסטות מן הרכב הראשונית בשל הטמפרטורה הגבוהה של קשת חשמלית והלחץ אדי גבוה של המתכות. לדווח במדויק הגומלין emf-טמפרטורה סגסוגות בינארי, קומפוזיציה שלהם אושר באמצעות inductively בשילוב ספקטרוסקופיה אטומית פליטת פלזמה (ICP-AES), כפי שמוצג בטבלה 3 מערכת Ba-Sb12.
לפני ייבוש הרכיבים תא אלקטרוכימי לפי שלב 2.3.4, קשיים בהשגת באיכות גבוהה ואקום (&#60; 10 mtorr) עלולה להתרחש. ייתכן אינו מחובר את o-ring בכיוונון תא ואקום כהלכה ב- groove מפלדת שלה. ייתכנו גם פער החותמות אפוקסי הצינורות אלומינה, שאליו נוספים אפוקסי ניתן להחיל לסתום דליפות. במהלך המדידות emf, אם ההפניות חשמל לאבד קשר עם סגסוגות A-B תנודות גדולות ב- emf ערכים שנצפו, קשר עשוי להיות הוקמה מחדש עם סגסוגות על ידי סיבוך בעדינות את הצינור אלומינה, ובכך להרטיב הסגסוגת נוזלי להפניה.
מדי פעם הערכים emf ייתכן שיישומים היסטרזיס גדול בין של קירור וחימום מחזורים. באופן כללי, היסטרזיס emf ערכים בין קירור/חימום מחזורי עשוי לנבוע (1) ההשפלה של אלקטרוליט עם יצירות אלקטרודה תגובתי, במיוחד בריכוזים אלקליין-אדמה גבוהה; (2) השפלה של חומרים אלקטרודה בשל אידוי בטמפרטורות גבוהות, חמצון עם החמצן שיורית פנימה לחדר הבדיקה; או התנהגות (3) שלב ללא שיווי משקל של חומרים אלקטרודה, כולל undercooling אפקטים של היווצרות של שלבים והשלמת במהלך מחזור הקירור.
כאשר התגובה ההשפלה בין האלקטרודה האלקטרוליט היא ניכרת, ניתן לשנות את הסידור ניסיוני כדי להמתיק את ההשפלה של תא אלקטרוכימי על ידי הפחתת טמפרטורת ההפעלה המרבית. בנוכחות undercooling אפקטים, emf הערכים שהתקבלו במהלך מחזור חימום עשוי להיות מנוצל בקביעת שיווי משקל תרמודינמי מאפיינים. כאשר היווצרות של שלבים והשלמת גורם היסטרזיס במדידות emf, ההתנהגות שלב של חומרים אלקטרודה דורש בדיקה באמצעות טכניקות משלימים, למשל, אפיון מבניים על-ידי XRD, ניתוח של שלב המרכיבים על-ידי סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) עם אנרגיה-ואנליזת ספקטרוסקופיה (עורכים), וטמפרטורות שלב המעבר על ידי DSC. שלב המעבר הנתונים עשוי גם להיות קשה להשיג עם טכניקה מדידה emf שתואר לעיל 1,223 K, כמו קפה2-AF2 אלקטרוליט רשאי להתחיל להתפורר.
טכניקת מדידה emf בעבודה זו יכול לשמש כדי לקבוע מאפייני תרמודינמי אמפירי בינארי סגסוגות המתכת עפרורית נוזלי, כולל פעילות, אנטרופיה טוחנת חלקית, אנתלפיה טוחנת חלקית של שלב המעבר טמפרטורות. אלה נתונים תרמודינמי מנוצלים בתור בסיס ניסיוני לזיכוך שלב בינארי דיאגרמות של סגסוגות אלקליין-אדמה עם טכניקות משלימים (XRD, DSC ו- SEM), כפי שהודגם באיור 85. בהתבסס על הערכים פעילות של כל מתכת הארץ – אלקליין (A = Ca, Ba ו Sr) ב נוזלי מתכות (B = Bi ו- Sb), ניתן למנף את הכוח של אטומי אינטראקציות בין אלמנטים אלקליין-אדמה מתכות מנוזלים להפריד electrochemically החוצה אלקליין-אדמה מוצרי ביקוע מפתרונות מלח מותך.

כוח אלקטרו מניע (emf) מידות ניתן ישירות לקבוע שינוי האנרגיה החופשית גיבס טוחנת חלקית של תגובה כימית, לספק מדויק תרמודינמי מאפיינים כגון פעילות אנתלפיה טוחנת חלקית, אנטרופיה טוחנת חלקית1. רכישת נתונים thermochemical חיוני למגוון רחב של נושאי מחקר בקהילה חומרים, של העידון של דיאגרמות שלב רכיבים מרובים, באימות ניסיוני של חומרים הראשון-עקרון דוגמנות, על יצירת חדש מינים בין-מתכתיות עם מאפיינים יתרון. לאחרונה, קים. et al. מנוצל emf מדדים להערכת הכדאיות של שימוש אלקטרודות מתכת נוזלית להפריד אלקליין הארץ מינים אלקטרוליטים מלח מותכת2.
ההפרדה אלקטרוכימי באמצעות מלחי מותכת (למשל, LiCl-אשלגן) היא טכנולוגיה מבטיח הפרדת אורניום ומתכות transuranic של דלק גרעיני משומשים למיחזור3. כמו דלק משומשים מעובד כמו אנודת במלח מותכת, מוצרי ביקוע עם פוטנציאל הפחתת תקן נמוכה יותר מאשר האורניום הם מחומצן ולצבור מלח מותך כמו יונים מומסים (למשל, Ba2 +2 +Sr, Cs+, נדיר-earth מתכת קטיונים)4. כתוצאה מכך, האלקטרוליט מלח מותכת חייב להיות מעת לעת להחליף ו/או מעובד יותר נפרד מוצרי ביקוע מצטבר4. של דאגה מסוימת הם מוצרי ביקוע אלקליות/אלקליין-הארץ (Ba2 +,2 +Sr ו Cs+) כי יונים אלה שהפגינו את פוטנציאל הפחתת תקן הנמוך ביותר בקרב קטיונים המרכיבים אותה, שהופך אותם קשה להפריד מן הפתרון מלח מותך.
עם זאת, ליכטנשטיין. et al. לאחרונה הפגינו בריום תערוכות נמוך הפעילות התרמודינמית ביסמוט נוזלי (8.7 x 10-12 -בריום השומה שבר xבעל תואר ראשון (Bi) = 0.05, 1,123 K), רומז חזק האטום אינטראקציות בין בריום, ביסמוט5. קים. et al. ציין כי אינטראקציות אלה גרמה משמרת בהפוטנציאל התצהיר של בריום יונים לתוך אלקטרודה ביסמוט נוזלי (-3.74 V כדי-2.49 V לעומת Cl–/Cl2(g)), וכתוצאה מכך תצהיר מועדף של בריום מ פתרון אלקטרוליט (BaCl2- LiCl-CaCl2- NaCl, 16-29-35-20% מול) 773-973 K6. שינוי זה בעדות פוטנציאלי עלול לגרום לפגיעה באמצעות אלקטרודות מתכת נוזלית באופן סלקטיבי להפריד מוצרי ביקוע אלקליות/אלקליין-הארץ האלקטרוליט המשמש עבור עיבוד אלקטרוכימי של דלק גרעיני בשימוש. כדי לקבוע את הכדאיות של הפרדת מוצרי ביקוע אלקליות/אלקליין-הארץ מן אלקטרוליט מלח מותכת, המאפיינים התרמודינמית של רכיבים אלה מתכות מנוזלים פוטנציאליים (למשל, Bi, Sb) צריכה להיקבע.
במחקרים קודמים, Delcet. et al. מנוצל טיטור coulometric כדי לקבוע את המאפיינים התרמודינמית של סגסוגות בינארי (למשל, Ba-Bi, Ba-Sb, Ba-Pb)7. עבור תואר ראשון-Bi סגסוגות עד xBa = 0.50, הם מועסקים coulometric טיטור בעזרת אלקטרוליט2 של יחיד-קריסטל BaF 1,123 K, נצפתה פעילות דומה ערכים של בריום ב ביסמוט (2.4 x 10-12 ב x בעלת תואר ראשון (Bi) = 0.05, 1,123 K). עם זאת, דווח כי התוצאות היו לא מדויקים בשל חוסר ודאות לגבי בריום בתוכן סגסוגות בינארי. מטאל בריום היא מאוד תגובתי, מסיס שלה מלחי הליד (~ 15 מול % BaCl2 -1,163 K), אשר יכול לגרום הולכה אלקטרונית מוגברת של מלח הליד בטמפרטורות גבוהות יותר להוביל חשבונאות ההלחנה לא מדויק במהלך coulometric טיטור. כדי לקבוע את המאפיינים תרמודינמי (למשל, עודף חלקי טוחנת אנרגיה חופשית של גיבס, אנתלפיה טוחנת חלקית, אנטרופיה טוחנת חלקית) של סגסוגות בינארי המכיל רכיבים תגובתי, השתמשו בשיטת emf שמתואר פרוטוקול זה.
המאפיינים thermochemical של סגסוגות בינארי יכול להיקבע על ידי מדידת שיווי משקל תא פוטנציאליים Eתא (קרי, emf) מסגסוגת (A-B) ביחס הפוטנציאל הפניה של א מתכת טהורה . אז, פוטנציאל התא קשור ישירות בשינוי חלקי טוחנת גיבס אנרגיה חופשית (או פוטנציאל כימי) התגובה תא לפי היחס נרנסט (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq1.jpg">).
למדידות emf של סגסוגות אלקליין הארץ בעבודה זו, יון הפלואוריד CaF ניצוח2 נבחר האלקטרוליט הבסיס כי Ca2 +בכל הארץ, ד חמצון-חיזור פוטנציאליים (E0 =-5.59 V) הוא יותר שלילי אחר פוטנציאל אלקליין-אדמה חמצון-חיזור (למשל, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq2.jpg"> , <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq2.jpg"> לעומת /F F–2(g) ב 873 K) המערכת פלואוריד8. זה מרמז כי CaF2 הוא יותר יציב כימית מאשר אחרים אלקליין-אדמה פלואוריד AF2 (A = Sr או Ba), Ba2 + או Sr2 + יונים הם המינים electroactive CaF2- BaF2 , CaF 2- SrF2 אלקטרוליט, בהתאמה. ניצול ליציבות גבוהה של CaF2, אשר ממזער ריאקציות צדדיות עם Ba או Sr סגסוגות כמו גם מוליכות יונית CaF2 בטמפרטורות גבוהות, קפה בינארי חד-פאזי היה2-AF2 אלקטרוליט בהצלחה מועסק כדי למדוד במדויק את emf בסגסוגות מתכת עפרורית-נוזל בינארי. אישור על היווצרות של האלקטרוליט בינארי חד-פאזי אושר עם הרנטגן עקיפה (XRD) ניתוח איור 19.
כדי למדוד את התא הפוטנציאל של סגסוגת אלקליין-האדמה, סוללת הבאים בוצעה באמצעות solid-state בינארי CaF2-AF2 (97% מול CaF2, מול 3% AF2) אלקטרוליט10:
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq4.jpg">,
איפה אלקליין – הארץ מטאל טהור A (A = Ca, Sr, או תואר ראשון) פועלת כמו האלקטרודה הפניה (RE), מלא CaF2-AF2 בתור האלקטרוליט, קבוע בהרכב A-B סגסוגות כמו עבודה אלקטרודות (אנחנו), ו- B הוא המועמד מתכת נוזלית כמו Bi או Sb. התגובות half-cell בתא אלקטרוכימי הם: 
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq5.jpg"> 
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq6.jpg">
. ויש תגובת התא הכולל: 
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq7.jpg">
כאשר e– הוא אלקטרון המוחלפות בין תגובות תאים ו- z הוא מספר האלקטרונים החליפו (z = 2 עבור רכיבי אלקליין-אדמה). התגובה הכללית הזו, בשינוי חלקי טוחנת אנרגיה חופשית של גיבס של המתכת A, <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq8.jpg"> , ניתנת על ידי: 
<img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq9.jpg"> איפה<img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq10.jpg" equation>/ ftp_upload/56718/56718eq10.jpg "/ &gt; הוא חלקי טוחנת האנרגיה החופשית של גיבס מתכת בסי מתכת, <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq11.jpg"> גיבס סטנדרטי אנרגיה טהורה בחינם מתכת, R הוא קבוע גז אידאלי, T היא הטמפרטורה של קלווין, ו A היא הפעילות של A מתכת זיון בתחת ה-emf תא נמדד, Eתא, קשורה ישירות בשינוי חלקי טוחנת אנרגיה חופשית של גיבס של A על ידי משוואת נרנסט. 
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq12.jpg"> איפה F הוא קבוע פאראדיי.

<table><tbody><tr><td>בקבוק 1 ליטר</td><td>ארה"ב פלסטיק</td><td>69032</td><td>HDPE, פה רחב</td></tr><tr><td>אצטון, 99.5%</td> <td>אלפא Aesar</td><td>30698</td> צלחת אלומינה <td>בדרגת ACS</td></tr><tr><td></td><td>טכנולוגיית AdValue</td><td>AL-4120</td><td>81 מ"מ OD, גובה 30 מ"מ</td></tr><tr><td>צלחת אלומינה</td><td>טכנולוגיית AdValue AL-D-82-6</td><td>קוטר 10 ס"מ, עובי 4.65 מ"מ</td><td></td></tr><tr><td>אבקת אלומינה</td><td>AluChem</td><td></td><td>AC99 צינור אלומינה טבלאי</td></tr><tr><td></td><td>Coorstek</td><td>66631-12.0000</td><td>0.25 אינץ'. OD, 12 אינץ'. אורך</td></tr><tr><td>Arc-Melter</td><td>Edmund Buhler GmbH</td><td>MAM1</td><td></td></tr><tr><td>ארגון, 99.999%</td> <td>Praxair</td><td>AR 5.0UH-K</td> טחנת כדורים <td>בטוהר גבוה</td></tr><tr><td></td><td>במיוחד Norton Chemical Process Products Corporation</td><td>CF-70109</td><td>6 סטים של 2 גלילים בגודל 12.5 אינץ', סל"ד 1725/1425</td></tr><tr><td>בריום</td><td>אלפא Aesar</td><td>653</td><td>99.2% טוהר</td></tr><tr><td>בריום פלואוריד</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>652458</td><td>99.999% טוהר</td></tr><tr><td>ביסמוט</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>556130</td><td>99.999% טוהר</td></tr><tr><td>בורון ניטריד</td><td>Saint-Gobain</td><td>AX-05</td><td></td></tr><tr><td>סידן פלואוריד</td><td>אלפא Aesar</td><td>11055</td><td>99.95% טוהר</td></tr><tr><td>מוליך קצה כותנה</td><td>Dynarex</td><td>4301</td><td>100 ספירה, 3 אינץ' ארוך</td></tr><tr><td>למות עיתונות</td><td>Carver, Inc.</td><td>3850</td><td>כוח הידוק: 12 טון; משטח סריקה: 6&nbsp; x 6 אינץ'</td></tr><tr><td>מקדח סט 29 חלקים</td><td>Chicago-Latrobe</td><td>45640</td><td>1/16 אינץ' - 1/2 אינץ' x 1/64 אינץ'</td></tr><tr><td>מחבת ייבוש</td><td>פיירקס</td><td>5300114</td><td>15.5 אינץ' x 9.5 אינץ' x 2.25 אינץ'</td></tr><tr><td>נייר אמרי</td><td>מקמאסטר-קאר</td><td>4681A21&nbsp;</td><td>גודל חצץ: 100</td></tr><tr><td>בידוד פיברגלס</td><td>McMaster-Carr</td><td>9346K38</td><td></td></tr><tr><td>מד זרימה</td><td>ברוקס</td><td>MR3A00SVVT</td><td>טווח: 0.1 עד 1 רגל מעוקב סטנדרטי לשעה (SCFH) של מבעבע גז אוויר</td></tr><tr><td></td><td>Ace Glass</td><td>8761-10</td><td></td></tr><tr><td>תנור קופסה בטמפרטורה גבוהה</td><td>Thermolyne</td><td>F48020-80</td><td>48000 תנור, תוכנית 8 מקטעים, מקסימום 1,200 & deg; C</td></tr><tr><td>תנור כור היתוך בטמפרטורה גבוהה</td><td>Mellen</td><td>CC12-6X12-1Z</td><td>6 אינץ'. תעודת זהות, 12 אינץ'. עומק. טמפ' מקסימלית 1,200 &°C. 208 V</td></tr><tr><td>גריז ואקום גבוה</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z273554</td><td>מותג: Dow Corning</td></tr><tr><td>Inert atmopshere glovebox</td><td>Mbraun</td><td>MB200</td><td></td></tr><tr><td>איזופרופיל אלכוהול</td><td>מקרון כימיקלים</td><td>3032-21</td><td>ACS כיתה</td></tr><tr><td>סט גלולה גדול</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-Die-75D</td><td></td></tr><tr><td>אלכוהול פוליוויניל, 99+%</td> <td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>341584-5 ק"ג</td><td>הידרוליזה, משקל מולקולרי (MW): 89,000-98,000</td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>Autolab</td><td>PGSTAT302N</td><td></td></tr><tr><td>תיבת מתג ריבוב פוטנציוסטט</td><td>Autolab MUX</td><td>SCANNER16 F/16 X WE</td><td>Multiplexer (MUX) SCANNER16</td></tr><tr><td>תוכנת בקרת Potentiostat</td><td>NOVA</td><td></td><td>NOVA NOVA 1.11</td></tr><tr><td>מחרטה מיני</td><td>מדויקת Harbor Freight Tools</td><td>93212</td><td>מותג: מרכזי מכונות&nbsp;</td></tr><tr><td>תרופה מהירה אפוקסי</td><td>גריינגר</td><td>5A462</td><td>מותג: Devcon</td></tr><tr><td>צ'ילר מחזור</td><td>VWR International</td><td>13271-204</td><td>דגם: 1175PD</td></tr><tr><td>סט גלולה קטן</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-Die-18D-B</td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>VWR International</td><td>97043-968</td><td></td></tr><tr><td>בקבוק סחיטה</td><td>VWR International</td><td>16650-022</td><td>LDPE, 500 מ"ל</td></tr><tr><td>מסננת רשת נירוסטה</td><td>אמזון</td><td></td><td>10 רשת, 2 מ"מ חורים</td></tr><tr><td>סטרונציום</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>343730</td><td>99% טוהר</td></tr><tr><td>סטרונציום פלואוריד</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>450030</td><td>99.99% טוהר</td></tr><tr><td>צמד תרמי</td><td>אומגה</td><td>KMQXL-125U-18</td><td>צמד תרמי מסוג K</td></tr><tr><td>לוח רכישה של צמד תרמי</td><td>National Instruments</td><td>NI-9211</td><td></td></tr><tr><td>חוט טונגסטן</td><td>ThermoShield</td><td>88007-0.100</td><td>99.95% חוט</td></tr><tr><td>משאבת ואקום</td><td>פייפר</td><td>PK D56 707</td><td>Duo Line 1.6</td></tr><tr><td>מגבונים</td><td>Kimtech</td><td>S-8115</td><td>ULine מפיץ</td></tr><tr><td>חותכי חוטים</td><td>McMaster-Carr</td><td>5372A4</td><td></td></tr><tr><td>Yteria מיוצב זירקוניה כרסום</td><td>מדיה Tosoh, ארה"ב</td><td></td><td>קוטר 3 מ"מ</td></tr></tbody></table>

קביעת מאפייני תרמודינמי בסגסוגות מתכת עפרורית נוזלי בטכניקה כוח אלקטרו מניע

Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique

תא אלקטרוכימי רומן המבוסס על אלקטרוליט מוצק2 CaF פותחה כדי למדוד את כוח אלקטרו מניע (emf) בסגסוגות מתכת עפרורית-נוזל בינארי כפונקציות של הרכב וגם טמפרטורה על מנת לרכוש תרמודינמי נתונים. התא מורכב יציב כימית של מצב מוצק CaF2-AF2 אלקטרוליט (כאשר A הוא אלמנט האדמה אלקליין כגון Ca, Sr או Ba), עם סגסוגת A-B בינארי (כאשר B הוא המתכת נוזלי כמו Bi או Sb) עובד אלקטרודות וטהור של מתכת הפניה אלקטרודה. Emf נתונים נאספים על טווח טמפרטורה של 723 K כדי 1,123 K בתוספות 25 K עבור קומפוזיציות סגסוגת מרובים לכל ניסוי, התוצאות מנותחות להניב פעילות ערכים, שלב המעבר טמפרטורות ואת חלקי טוחנת entropies/enthalpies עבור כל הרכב.

איור 5 מציג emf מדידות שנעשו על קירור, מחמם שוב תא אלקטרוכימי: Ba-Bi (xBa = 0.05) | CaF2- BaF2| Ba-Bi (xBa = 0.05 0.10, 0.20), שבה סגסוגת Ba דו- xBa = 0.05 משמש בתור אלקטרודה הפניה5.
הפרש הפוטנציאלים בין שתי סגסוגות Ba דו זהה ב- xBa = 0.05 נשאר פחות מ- 2 mV במהלך המדידה כולו, הממחיש את היציבות והאמינות של האלקטרודה הפניה. עבור סגסוגת קומפוזיציות ב- xBa = 0.10 ו- xBa = 0.20, פרופיל סימטרי emf מתקבל במהלך מחזורי, המציינת ערכי emf לשחזור במהלך רכיבה על אופניים תרמי של החימום וקירור. בכל שלב טמפרטורה (בכל פרק זמן 25 K), הטמפרטורה התא ואת הערך emf תא להגיע אלקטרוכימי ותרמי מצב יציב בתוך פחות מ- 1-2 h (איור 5)5.
כדי לקבוע מאפייני התרמודינמית סגסוגות Ba-Bi נגד המדינה סטנדרטית של Ba(s) טהור, הערכים emf ה-Ba-Bi (xBa = 0.05) סגסוגת הפניה אלקטרודה חייב להיות מכויל ביחס Ba טהור. הערכים emf של האלקטרודה ההפניה ביחס Ba טהור נקבעים על-ידי שימוש בתא אלקטרוכימי נפרדים: Ba(s) | CaF2- BaF2| Ba-Bi (xBa = 0.05) ואת התוצאות מוצגים באיור 6. שימוש ליניארי מתאים של מדידה זו ב- xBa = 0.05 (איור 6), ה-emf ערכים של סגסוגות Ba-Bi (Eתא) נקבעות ביחס Ba טהור מתכת5.
הערכים emf סגסוגות Ba-Bi, יחסית Ba(s) טהור, הותוו כפונקציה של הטמפרטורה על כל הרכב אלקטרודה, כפי שמוצג באיור 7 עבור הנבחר Ba-Bi סגסוגות (xBa = 0.05 - 0.25)5. מ מתאים ליניארי של emf הנתונים מותווים לעומת טמפרטורה, שינוי אנטרופיה טוחנת חלקית חושבה באמצעות תרמודינמי המשוואה הבאה: 
<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq13.jpg"> ה אנתלפיה טוחנת חלקית של בריום ב ביסמוט ניתן לחשב באמצעות יחסי תרמודינמי כגון משוואת גיבס-הלמהולץ, כמוצג להלן. התוצאות מסוכמים בטבלה 15. 
<img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq14.jpg">
הפעילות של בריום נקבע גם באמצעות הערכים שנאספו emf משוואת נרנסט: 
<img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq15.jpg"> התוצאות מסוכמות בטבלה 25.
Emf ערכים עבור ה-Ba-Bi סגסוגות (xBa = 0.05 - 0.80) שימשו גם כדי לקבוע את הטמפרטורות מעבר פאזה עבור הרכב סגסוגת אחד. בשילוב עם דיפרנציאל סריקה calorimetry (DSC) שלב מעבר נתונים, inductively בשילוב פלזמה פליטה אטומי ספקטרוסקופיה (ICP-AES) הרכב נתונים, דומה לזו המוצגת בטבלה 312, מבנה גבישי נתונים מניתוח XRD, emf נתונים שימשו כדי לחדד את הדיאגרמה האחרונה של שלב Ba-Bi שדווחו על-ידי אוקמוטו (איור 8)5,11.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig1.jpg"> 
איור 1: CaF חד-פאזי2- SrF2 אלקטרוליט XRD ספקטרה. XRD ספקטרום (מנורמל לשיא האינטנסיבי ביותר עבור כל ספקטרום) של CaF2- SrF2 אלקטרוליט לפני ואחרי סינטור. טהור (*) CaF2 ודפוסי עקיפה SrF2 ניתנים להשוואה. דמות זו שונתה מ סמית. et al. 9 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig2.jpg"> 
איור 2: תא אלקטרוכימי של סגסוגות המתכת של נוזלי עפרורית א-ב. תיאור סכמטי של מכלול תא אלקטרוכימי המשמש למדידות emf עם אלקטרוליט, כמוסות אלקטרוליט, אלקטרודה חומרים, טונגסטן הפניות של צמד תרמי (TC). שניים סגסוגות A-B 6 נמצאים אלקטרודות ייחוס, 4 עובד אלקטרודות. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig3.jpg"> 
איור 3: הגדרת אלקטרוכימי למדידות emf. איור של הרכיבים תא אלקטרוכימי, הרכיבים הקשורים לתנאי הפעלה נכונה. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig4.jpg"> 
איור 4: מכשור תרשים של הגדרת הניסוי. תיאור סכמטי של קירור מים (מוצק, מודגש), ארגון (מוצק, דק), ואקום זרימת נוזל (מקווקו) דרך מערכת מדידה emf. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig5.jpg"> 
איור 5: מדידות emf אלקטרוכימי של סגסוגות Ba-Bi (xBa = 0.05 - 0.20). כוח אלקטרו מניע (E1) וטמפרטורה נמדד כפונקציה של הזמן על קירור, מחמם שוב Ba דו (xBa = 0.05) | CaF2- BaF2| Ba-Bi (xBa = 0.05 0.10, 0.20) התא. דמות זו שונתה מ ליכטנשטיין. et al. 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig6.jpg"> 
איור 6: טהור Ba לעומת Ba-Bi סגסוגת(xBa = 0.05) emf ערך כיול. כוח אלקטרו מניע (EII) נמדד כפונקציה של הטמפרטורה באמצעות Ba(s) | CaF2- BaF2| Ba-Bi (xBa = 0.05) התא. דמות זו שונתה מ ליכטנשטיין. et al. 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig7.jpg"> 
איור 7: Emf מדידות של סגסוגות Ba-Bi (xBa = 0.05 - 0.25). כוח אלקטרו מניע (Eתא) כפונקציה של הטמפרטורה עבור ה-Ba-Bi סגסוגות ב- xBa = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20 ו 0.25 בהתבסס על Ba(s) | CaF2- BaF2| Ba-Bi (XBa = 0.05 - 0.25), שבו קווים מלאים מייצגים מתאים ליניארי. דמות זו שונתה מ ליכטנשטיין. et al. 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig8.jpg"> 
איור 8: Ba-Bi לשלב תרשים. תרשים שלב Ba-Bi השפעול נחוש בהתבסס על מידות emf המשלים עם אפיון DSC ו XRD סגסוגות Ba-Bi, איפה (rt) ו- (ht) מייצגים את טמפרטורת החדר, חום גבוה, בהתאמה. דמות זו שונתה מ ליכטנשטיין. et al. 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>x Ba</td>
			<td>T (K)</td>
			<td>∂Eתא/∂T (μV K\u20121)</td>
			<td>∂(Ecell/T)/∂(1/T) (mV)</td>
			<td><img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq16.jpg">(J מול\u20121 K\u20121)</td>
			<td><img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq17.jpg">(kJ מול\u20121)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.05</td>
			<td>707-938</td>
			<td>197 ± 6</td>
			<td>1011 ± 5</td>
			<td>38</td>
			<td>-195.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.1</td>
			<td>704-1048</td>
			<td>137 ± 1</td>
			<td>1031 ± 1</td>
			<td>26.4</td>
			<td>-199</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.15</td>
			<td>728-1048</td>
			<td>125 ± 2</td>
			<td>1005 ± 2</td>
			<td>24.1</td>
			<td>-193.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.2</td>
			<td>809-1048</td>
			<td>94 ± 7</td>
			<td>984 ± 6</td>
			<td>18.1</td>
			<td>-189.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>881-1048</td>
			<td>73.4 ± 5</td>
			<td>961 ± 5</td>
			<td>14.2</td>
			<td>-185.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>704-881</td>
			<td>-480 ± 14</td>
			<td>1448 ± 13</td>
			<td>-92.6</td>
			<td>-279.4</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
טבלה 1: מאפייני התרמודינמית של סגסוגות Ba דו (xBa = 0.05 - 0.25). בשינוי entropies טוחנת חלקית (<img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq16.jpg">), enthalpies שן טוחנת חלקית (<img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq17.jpg">) עבור ה-Ba-Bi סגסוגת יצירות xBa = 0.05 xBa = 0.25 שמחושבים מתאים ליניארי של ערכים ב- emf, איפה המדרונות ו כפי שאמרתי הם <img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq18.jpg"> , <img alt="Equation 19" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq19.jpg"> , בהתאמה. טבלה זו שונתה מ ליכטנשטיין ואח. 5
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td rowspan="2">x Ba</td>
			<td colspan="3">E (V)</td>
			<td colspan="3">בעוד תואר Ba</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>773 K</td>
			<td>873 K</td>
			<td>973 K</td>
			<td>773 K</td>
			<td>873 K</td>
			<td>973 K</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.05</td>
			<td>1.164</td>
			<td>1.183</td>
			<td>1.203</td>
			<td>-35</td>
			<td>-31.5</td>
			<td>-28.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.10</td>
			<td>1.137</td>
			<td>1.15</td>
			<td>1.164</td>
			<td>-34.1</td>
			<td>-30.6</td>
			<td>-27.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.15</td>
			<td>1.101</td>
			<td>1.114</td>
			<td>1.127</td>
			<td>-33</td>
			<td>-29.6</td>
			<td>-26.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.20</td>
			<td>1.075</td>
			<td>1.066</td>
			<td>1.076</td>
			<td>-32.2</td>
			<td>-28.3</td>
			<td>-25.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>1.075</td>
			<td>1.027</td>
			<td>1.032</td>
			<td>-32.2</td>
			<td>-27.3</td>
			<td>-24.6</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
בטבלה 2: מדדו ערכים emf (E) ואת יומן הרישום הטבעי של פעילות של בריום ב ביסמוט (בתוך Ba). הערכים emf מדודה של סגסוגות Ba-Bi (xBa = 0.05 - 0.25) לעומת Ba(s) ואת יומן הרישום הטבעי של פעילות של בריום ב ביסמוט-773 K, 873 K, וק' 973 טבלה זו שונתה מ ליכטנשטיין. et al. 5
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="2">שבר השומה, x Ba</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>נומינלית</td>
			<td>נמדד</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.03</td>
			<td>0.03</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.05</td>
			<td>0.05</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.10</td>
			<td>0.09</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.15</td>
			<td>0.14</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.20</td>
			<td>0.20</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25</td>
			<td>0.25</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.30</td>
			<td>0.30</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
טבלה 3: הנומינלי נמדד בריום תוכן של סגסוגות בינארי Ba-Sb. תוכן בריום נומינלית, נמדד Ba-Sb סגסוגות בינארי. בריום תוכן של סגסוגות Ba-Sb היה אישר באמצעות inductively בשילוב emissio אטומי פלזמהספקטרוסקופיה n (ICP-AES). טבלה זו שונתה מ ליכטנשטיין. et al. 12

פרוטוקול זה מתאר את המדידה של כוח אלקטרו מניע של רכיבים אלקליין-אדמה סגסוגות המתכת נוזלי בטמפרטורה גבוהה (723-1,123 K) כדי לקבוע מאפייני תרמודינמי שלהם, כולל פעילות, אנטרופיה טוחנת חלקית, טוחנת חלקית אנתלפיה, שלב המעבר טמפרטורות, על הרכב רחב טווח.

A novel electrochemical cell based on a CaF2 solid-state electrolyte has been developed to measure the electromotive force (emf) of binary alkaline ...

המטרה הכוללת של טכניקה זו היא למדוד תכונות תרמודינמיות של מערכות מתכות בינאריות, כגון פעילות, אנטרופיה טוחנת חלקית ואנטלפיות טוחנות חלקיות. שיטה רב-תכליתית זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום המטלופילי לגבי התכונות התרמודינמיות של סגסוגות בינאריות. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת לנו לחקור במדויק כמויות תרמודינמיות עבור מערכות סגסוגת בינאריות, שלעתים קרובות קשה למדוד אותן, כגון פעילות.ידגימו את ההליך נייט סמית', טים ליכטנשטיין וג'רוד ג'זואלדי, כולם סטודנטים מהמעבדה שלי. ראשית, הכינו בבקבוק 1.5 ליטר תערובת של 350 גרם של 97 אחוז מול סידן פלואוריד ושלושה אחוז בריום פלואוריד. הוסף לתערובת זו 1.3 קילוגרם של מדיום טחינת זירקוניה מיוצב שלושה מילימטר איטריה ו -25 גרם אלכוהול פוליוויניל.השעו את התערובת באלכוהול איזופרופיל מספיק כדי למלא 4/5 מהבקבוק. לאחר מכן, הניחו את הבקבוק על טחנת כדורים וטחנו את התערובת למשך 24 שעות בחום של 250 סל"ד. הפרד את תערובת האלקטרוליטים ממדיום הטחינה בעזרת מסננת של 10 רשת.השתמש בבקבוק סחיטה של אלכוהול איזופרופיל כדי לשטוף את תערובת המלח הנותרת מהמדיום. יבש את תערובת האלקטרוליטים הטחונה במכסה אדים למשך 24 שעות. לאחר מכן, השתמש במכתש ועלי כדי לטחון את התערובת לאבקה דקה.לאחר מכן, טען באופן אחיד 130 גרם מאבקת האלקטרוליטים לצבע גלולה בגודל 75 מילימטר על 60 מילימטר. השתמש במכבש צבע כדי למרוח אחיד 30 מגה פסקל על האבקה למשך שתי דקות. לאחר מכן, הפוך את צבע הגלולה והנח טבעת נירוסטה על הצבע כשהגלולה מרוכזת בתוך הטבעת.מרחו בזהירות מוט אחד על אגרוף צבע הגלולה כדי להסיר את כדור האלקטרוליט מהצבע. לאחר מכן, השתמש במקדח מילימטר אחד כדי לקדוח חור הקשה בעומק 0.5 מילימטר במרכז הגלולה. קדחו שישה חורי הקשה במרווחים שווים סביב הראשון, כל אחד עם מרחק מרכז למרכז של 25.4 מילימטרים לחור הראשון.החלף את המקדחה בסיבית של 11.2 מילימטר. מונחה על ידי חורי ההקשה. קדחו שבע בארות בעומק 12 מילימטר בגלולה.מקום הבא 4.5. גרם אבקת אלקטרוליטים טחונה דק בצבע גלולה בגודל 19 מילימטר על 15 מילימטר. השתמש במכבש הצבע כדי למרוח באופן חד צדדי 7.5 מגה פסקל על האבקה למשך דקה אחת ליצירת מכסה אלקטרוליטים.הכן בסך הכל שישה כובעים בדרך זו. השתמש במקדח של שני מילימטר כדי לקדוח חור במרכז כל מכסה. לאחר מכן מכסים קלות צלחת אלומינה בגודל 10 ס"מ באבקת אלומינה מחוסה.הנח כל חתיכת אלקטרוליט על הצלחת וודא שהם לא נוגעים זה בזה. ומרכז את החלקים. הניחו בסך הכל שישה גרם בריום וביסמוט ביחס הטוחנת הרצוי במרכז שלב מותך קשת.יש לפנות ולמלא מחדש את החדר בארגון לפחות שלוש פעמים. לאחר מכן סגור את מגן ההגנה על העיניים והפעל את זרם מותך הקשת כדי להמיס את החלקים יחד. כבה את מותך הזרם והקשת והסר את הדגימהtagה.הפוך את הסגסוגת ואבטח את הבמה בתא מותך הקשת. חזור על הליך התכת הקשת פעמיים נוספות ליצירת סגסוגת הומוגנית. המפתחות להתכת קשת כראוי הם לשמור על הזרם נמוך מספיק כדי להמיס את המתכות יחד מבלי לאדות אותן באופן משמעותי.וכדי להבטיח שהמתכת הומוגנית על ידי המסתה מחדש מספר פעמים. חותכים את הסגסוגת המומסת מחדש לשלוש עד שש חתיכות וממיסים את החלקים יחד. אחסן את הסגסוגת באווירת ארגון אינרטית.חזור על תהליך זה עבור כל הרכב סגסוגת שייבדק. לאחר מכן, חותכים שישה אורכים של 46 סנטימטר של חוט טונגסטן מילימטר אחד. חול ונקה את משטח החוט עם נייר אמרי 100 חצץ ואצטון.הכנס את החוטים לשישה צינורות אלומינה. מקם את החוטים עם 12.7 סנטימטרים חשופים בתחתית כל צינור ו-2.5 סנטימטרים חשופים בחלקו העליון. תקן את החוטים במקומם בעזרת אפוקסי לריפוי מהיר.אבטח צמד תרמי מסוג K בגודל 45 סנטימטר בצינור אלומינה אחר. העבירו את רכיבי מכלול התאים האלקטרוכימיים לתא כפפות מלא ארגון. השתמש במחרטה מיני כדי לעצב את הסגסוגת כך שתתאים לחורים בכדור האלקטרוליט.קדחו חור ברוחב שני מילימטר במרכז כל סגסוגת. לאחר מכן, הנח את גלולת האלקטרוליט הממורכזת בכור ההיתוך האלומינה הנקי של תא הבדיקה. מלאו שתיים מהבארות החיצוניות בסגסוגת בריום-ביסמוט ייחוס ביחס מולארי ידוע.מלאו את הבארות החיצוניות הנותרות בארבע סגסוגות בריום-ביסמוט ביחסים טוחנים שונים. מניחים את מכסי האלקטרוליטים על כל באר מלאה. לאחר מכן הכנס מכלול עופרת חשמלית של חוט טונגסטן דרך יציאת ואקום חיצונית אחת של מכסה החדר ולוחות הבלבול של החדר.עם אורך החוט החשוף של 12.7 סנטימטר מכוון כלפי מטה. השחילו את החוט דרך מכסה אלקטרוליט אחד וסגסוגת. ודא שקצה החוט נלחץ היטב על רצפת האלקטרוליטים של הבאר.התקן מובילים חשמליים לחמשת הבארות החיצוניות הנותרות בדרך זו. בעת הרכבת התא האלקטרוכימי, חובה שהאלקטרודות ימלאו את הבארות באלקטרוליט וכי מובילי הטונגסטן יהיו במגע עם האלקטרודות. בעיות במגע הן הגורמים השכיחים ביותר לכישלון.הכנס את הצמד התרמי ליציאת הוואקום המרכזית והושב אותו היטב במרכז. הנח טבעת O בחריץ של תא הוואקום מנירוסטה. טען בזהירות את מכלול התאים האלקטרוכימיים לתוך תא הבדיקה.הדק את אטמי הוואקום והמהדקים. לאחר מכן טען את החדר המורכב לתנור כור היתוך. עטפו את המשטח החשוף של תא הוואקום מחוץ לתנור בשתי שכבות של בידוד פיברגלס.חבר את קווי נוזל הקירור, קו הוואקום וקו הארגון לתא הבדיקה. סגור את יציאת יציאת הגז ופנה את תא הבדיקה מתחת ל-10 מיליטור. יבש את החדר בוואקום דינמי.לאחר מכן נקה את החדר לפחות שלוש פעמים. התחל להזרים ארגון דרך החדר במהירות של 50 מיליליטר לדקה באטמוספירה אחת של לחץ תא. חבר את המונה ואלקטרודות הייחוס ממכלול התא לפוטנציוסטט.חבר את האלקטרודות העובדות לקופסת מתגים מרובת ריבובים. חבר כבל הארקה לתא הבדיקה מנירוסטה וחבר את הקצה השני לשקע מקורקע. התחל בו זמנית לאסוף נתוני טמפרטורה וכוח אלקטרו-מניע.לאחר מכן מחממים את התנור מ -543 קלווין ל -1, 073 קלווין בחמישה קלווין לדקה. תכנת את התנור למחזור מ-1,073 קלווין ל-723 קלווין בחמישה קלווין לדקה, והחזק במשך שעה עד שעתיים כל 25 קלווין. השתמש במדידות שנרשמו במהלך מחזור זה כדי לקבוע את ערכי הכוח האלקטרו-מניע של כל סגסוגת כפונקציה של הטמפרטורה.סגסוגת בריום-ביסמוט עם שבר שומה בריום של 0.05 שימשה כאלקטרודת ייחוס למדידות אלקטרו-מוטיב של סגסוגות בריום-ביסמוט אחרות. ההבדל הפוטנציאלי בין סגסוגות שבר השומה הזהות של 0.05 היה פחות משני מילי-וולט לאורך כל המדידה, מה שמצביע על כך שהסגסוגת הייתה התייחסות אמינה. פרופילי כוח אלקטרו-מניע סימטריים נצפו עבור סגסוגות עם שברי שומה בריום של 0.10 ו-0.20, מה שמצביע על כך שערכי כוח אלקטרו-מניע הניתנים לשחזור התקבלו במהלך רכיבה תרמית.אלקטרודת הייחוס כוילה ביחס לבריום טהור. לאחר מכן הוערכו ערכי הכוח האלקטרו-מניע של סגסוגות עם שברי שומה בריום הנעים בין 0.05 ל-0.25 ביחס לבריום טהור. חמישיות ליניאריות של הנתונים שימשו לחישוב שינויים באנטרופיה מולרית חלקית ובאנטלפיות.פעילות הבריום חושבה גם מערכי הכוח האלקטרו-מוטורי. מדידות כוח אלקטרו-מניע שולבו עם קלורימטריית סריקה דיפרנציאלית, ספקטרוסקופיה של פליטת אטום פלזמה בשילוב אינדוקטיבי ונתוני עקיפה של קרני רנטגן, כדי לקבוע את טמפרטורות מעבר הפאזה עבור כל הרכב סגסוגת. זה שימש לחידוד דיאגרמת הפאזה של סגסוגת בריום-ביסמוט.לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך שלושה ימים אם היא מבוצעת כראוי. בעת ניסיון הליך זה, זכור להיות חרוץ וסבלני בהגדרה ובביצוע של כל השלבים. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע את טכניקת מדידת הכוח האלקטרו-מוטורי.לחקור את התכונות התרמודינמיות של מערכות סגסוגת בינאריות.

determination-thermodynamic-properties-alkaline-earth-liquid-metal

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

מהירות אולטרסאונד משמשת לחקר ערבוב על ידי זרימת נוזלים באלקטרודות מתכת נוזליות. המוקד של כתב יד זה הוא להמחיש את השיטות המשמשות לביצוע מדידות אולטרסאונד מדויקות ונפתרות מרחבית תוך הגבלת חמצון ובקרה וניטור טמפרטורה, זרם מופעל וכוח החימום המסופק.

אולטראסאונד מהירות מדידה במתכת נוזלית אלקטרודה

אנו מציגים נוהל לקביעת חלוקת המתכת-סיליקט של יסודות סידרופיליים, תוך שימת דגש על טכניקות המדכאות את היווצרותם של תכלילי מתכת בניסויים עבור המתכות האצילות. תוצאות הניסויים הללו משמשות כדי להדגים את ההשפעה של היווצרות הליבה על הרכב היסודות הסידרופילי מאוד של המעטפת.

מחיצות מתכת סיליקט בלחץ גבוה וטמפרטורה: שיטות ניסיוניות ופרוטוקול לדיכוי מאוד תכלילים אלמנט Siderophile

אנו מציגים שיטה לשליטה באנרגיית הפנים של מתכת נוזלית באלקטרוליט באמצעות תצהיר אלקטרוכימי (או הסרה) של שכבת תחמוצת פני השטח. שיטה פשוטה זו יכולה לשלוט בהתנהגות הנימים של מתכות נוזליות מבוססות גליום על ידי כוונון אנרגיית הפנים במהירות, באופן משמעותי והפיך באמצעות מתחים צנועים.

שיטה למניפולציות מתח פנים של מתכת נוזלית באמצעות חמצון פני שטח והפחתה

כאן, אנו מתארים פרוטוקולים להכנת נוזל יוני מבוסס פוספוניום ואלקטרוליטים של מלח ליתיום ביס(טריפלואורומתאן)סולפונימיד, ולהרכיב סוללת תא מטבע ליתיום-יון שאינה דליקה ומתפקדת בטמפרטורה גבוהה.

סינתזה של אלקטרוליטים מבוססים נוזלים יוניים, הרכבה של סוללות Li-ion, ומדידות של ביצועים בטמפרטורה גבוהה

בידוד תופעות חשמליות ותרמיות על דפורמציה בסיוע חשמלי (EAD) הוא מאוד קשה באמצעות דגימות macroscopic. Metallic מדגם מיקרו ננו יחד עם נוהל בדיקה מותאמת אישית פותחו כדי להעריך את ההשפעה של הנוכחי להחיל על היווצרות ללא חימום ג 'אול ואבולוציה של נקעים על דגימות אלה.

שיטה חדשה עבור<em&gt; באתרו</em&gt; אפיון אלקטרומכני של דגימות ננומטריות

שיטה הכנה עדינה של אלקטרודות באמצעות חומר בתפזורת Fe 4.5 Ni 4.5 S 8 מוצג. שיטה זו מספקת טכניקה חלופית כדי ייצור אלקטרודה קונבנציונאלי ומתאר תנאים מוקדמים עבור חומרים אלקטרודה בלתי קונבנציונאלי כולל בדיקה פשוטה שיטת electrocatalytic.

שיטות פשוטות להכנת הלא אצילי מתכת בתפזורת אלקטרודות עבור יישומים Electrocatalytic

שילוב של אלקטרודות הפניה ב- li-ion סוללה מספק מידע חשוב להבהיר המנגנונים השפלה מתח גבוה. במאמר זה, אנו מציגים עיצוב התא יכול להכיל מספר אלקטרודות הפניה, יחד עם מכלול השלבים כדי להבטיח דיוק מירבי של הנתונים שהתקבלו במדידות אלקטרוכימי.

אלקטרודה הפניה Lithiated באתרו: אלקטרודה ארבע עיצוב עבור ספקטרוסקופיה עכבה בבית-operando

עבודה זו נועדה לקבוע את קינטיקה התגובה של קתודה סוללת ליתיום-יון וחומרי אנודה העוברים בריחה תרמית (TR). ספקטרומטר אנליזה תרמית סימולטנית (STA)/ספקטרומטר אינפרה-אדום התמרת פורייה (FTIR)/ספקטרומטריית מסה של כרומטוגרפיית גז (GC-MS) שימשו לחשיפת אירועים תרמיים ולגילוי גזים שהתפתחו.

זיהוי וכימות מנגנוני הפירוק בסוללות ליתיום-יון; קלט לסימולציית זרימת חום למידול בריחה תרמית

מיקרוסקופיית כוח הגשושית קלווין (KPFM) מודדת את הטופוגרפיה של פני השטח ואת ההבדלים בפוטנציאל פני השטח, בעוד שמיקרוסקופיית אלקטרונים סורקת (SEM) וספקטרוסקופיות נלוות יכולות להבהיר את המורפולוגיה, ההרכב, הגבישיות והכיוון הקריסטלוגרפי של פני השטח. בהתאם לכך, לוקליזציה משותפת של SEM עם KPFM יכולה לספק תובנה לגבי ההשפעות של הרכב ננומטרי ומבנה פני השטח על קורוזיה.

לוקליזציה משותפת של מיקרוסקופיית כוח הגשושית קלווין עם מיקרוסקופיות וספקטרוסקופיות אחרות: יישומים נבחרים באפיון קורוזיה של סגסוגות

סקרים מגנטיים Ex situ יכולים לספק ישירות מידע בתפזורת ומקומית על אלקטרודה מגנטית כדי לחשוף את מנגנון אחסון המטען שלה צעד אחר צעד. כאן, תהודה של ספין אלקטרונים (ESR) ורגישות מגנטית מודגמים כדי לפקח על הערכת מינים פאראמגנטיים וריכוזם במסגרת מתכתית-אורגנית פעילה חמצון-חיזור (MOF).

אפיון מגנטומטרי של מתווכים באלקטרוכימיה של מצב מוצק של מסגרות מתכת-אורגניות פעילות חמצון-חיזור

למדו לקבוע מאפיינים תרמודינמיים בסגסוגות מתכת עפרורית נוזלי באמצעות טכניקת כוח אלקטרו מניע. שיטה זו מאפשרת מדידה מדויקת של פעילות, אנטרופיה ואנתלפיה חלקיים מולריים.

קביעת מאפייני תרמודינמי בסגסוגות מתכת עפרורית נוזלי בטכניקה כוח אלקטרו מניע

גלה סרטונים נוספים