$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Fabricage van een YSZ-embedded Mesh Anode Cell
- Weeg twee partijen van 0,2 g YSZ poeder.
- Comprimeren een batch YSZ poeder in een cilindrische roestvrij stalen mal (13 mm in diameter) met een uniaxiale droge pers bij een druk van 50 MPa gedurende 30 sec.
- Snij een <1 cm stuk Ni mesh en deze op het oppervlak van YSZ disc in de mal.
- Voeg de andere 0,2 g poeder YSZ bovenop de Ni-mesh in de mal en plat het oppervlak van het poeder met behulp van een ram.
- Uniaxiaal op de Ni mesh ingeklemd tussen pakketten van YSZ poeder bij een druk van 300 MPa gedurende 30 sec.
- Pak de geperste Ni / YSZ pellet uit de mal.
- Vuur de pellet bij 1440 ° C gedurende 5 uur in een zirconia kroes een horizontale buisoven met een stromend reducerend gas atmosfeer (4% H 2 / bal. Ar).
2. Belichting, polijsten, en wijziging van Ni gaaselektrode
- Monteurbondgenoot worden geslepen een zijde van het gesinterde YSZ monster met 6 micrometer diamantgrit tot Ni zeefoppervlak wordt geopenbaard.
- Verder polijsten het blootgestelde Ni zeefoppervlak met 3 urn, 1 urn en 0,1 urn diamant media in een water / ethyleen glycol suspensie gedurende 1 min bij elke polijststap.
- Ultrasoon reinigen gepolijst monster in aceton, ethanol en DI water gedurende 10 min. elk.
- Droog het monster onder een schone perslucht stroom.
- Voor Ni mesh met een verhoogde cokesvorming weerstand brand het monster bij 1200 ° C gedurende 2 uur in reducerende atmosfeer in de aanwezigheid van, maar niet in contact met BaO poeder.
3. Voorbereiding en Elektrochemische testen van Full cellen
- Brush-verf Ag pasta op het tegenovergelegen oppervlak van de YSZ monster uit de Ni-mesh om als tegenelektrode.
- Bevestig een opgerolde Ag draad aan de tegenelektrode met Ag pasta.
- Na drogen van de pasta op de Ag sample bij 120 ° C in een oven gedurende 30 min, sluit een 0,2-mm diameter Ag draad op de Ni-mesh met Ag pasta op de tip.
- Droog het monster opnieuw bij 120 ° C in een oven gedurende 30 minuten.
- Dicht de cel (Ni mesh naar beneden) op de top van een 3/8 inch keramische cel armatuur buis met behulp van Aremco Seal 552 (Ceramabond).
- Laat de kit aan de lucht gedurende 2-4 uur.
- Verbinding twee geïsoleerde draden zilver beide elektrodedraden.
- Monteer de cel armatuur in een buisoven, sluit u de armatuur op een gasleiding, en bevestig de draden om de juiste elektrochemische testapparatuur.
- Beginnen stromende ultrazuivere kwaliteit (99,999%) H2 gas door de cel inrichting met een snelheid van 50 sccm, de gas worden geleid door water op kamertemperatuur de gas bevochtigen tot 3% vol. H 2 O voorafgaand aan het invoeren van de cel armatuur.
- Verwarm de oven met de gemonteerde cel 100 ° C gedurende 2 uur, gevolgd door 260 ° C gedurende 1 uur en tenslotte 800 ° Ceen ramping snelheid van 1 ° C onder continu stromende H2 bij alle verwarming tot oxidatie van de Ni electrode te voorkomen. De eerste twee verwarmings-stappen zijn voor de genezing van de Ceramabond.
- Houd de cel in de oven bij 800 ° C gedurende 2 uur om de Ag tegenelektrode laten sinter.
- Koel de cel licht tot 767 ° C voor elektrochemische verrichtingsonderzoek.
- Na het testen, verwijder voorzichtig de cel armatuur uit de oven voor afkoeling bij kamertemperatuur terwijl zij bevochtigde H 2 stromen. (LET OP: Gebruik de juiste beschermingsmiddelen voor het hanteren van extreem hete keramiek, zoals thermische handschoenen en matten)
- Maak de cel van de armatuur voor post-karakterisering door het losmaken van de elektrode draden en zorgvuldig scheiden van de cel van de Ceramabond kit.
* Figuur 1 toont een schema van de YSZ-embedded Ni mesh cel, samen met een typische foto en optische microfoto van het ingeslotenmesh.
* Voor onze onderzoekingen werden cellen elektrochemisch gekarakteriseerd met een EG & G PAR potentiostaat (model 273A) gekoppeld aan een Solartron 1255 frequentieresponsie-analysator HF met CorrWare en ZPlot software (Scribner and Associates). Lineaire sweep voltametrie en constante spanning amperometrie werden gebruikt om celprestatie karakteriseren en impedantie spectra werden verkregen in het frequentiebereik van 100 kHz tot 0,1 Hz met een amplitude van 10 mV. Voor de zwavelvergiftiging studie werd een gecertificeerd gasmengsel van 100 ppm H2S in H2 gemengd in de brandstof gasstroom met pure H2 tot 20 ppm H 2 S / H 2 mengsel.
4. Post-test Raman Spectromicroscopic Mapping
- Bevestig de cel monster met het gaas anode naar boven op de Raman microscoop podium plaat met lijm of plakband om te proeven het bewegen tijdens het Raman analyse.
- Gebruik de microscoop en XYZ stadiumvinden een interface grens tussen de Ni gaas en YSZ substraat.
- Breng de laser in beeld uit door de microscoop filters en fijn instellen van de Z-coördinaat van het podium.
- Stel de Raman spectrometer spectra verkregen op de knooppunten van een rechthoekige mazen die over het gebied van de interface 2 urn intervallen scheiden van de knooppunten. De spectra worden rond het golfgetal (s) voor de Raman mode (s) van de soort of fase (s) plaats. In dit geval is 980 cm -1 gekozen SO x.
- Voor elke spectra, de integratie van de intensiteit over de Raman-modus (en) van belang en verdeel de intensiteit door een vlakke basislijn met hetzelfde spectrum. De relatieve intensiteit kan vervolgens worden uitgezet in een contour / kleur kaart ten opzichte van zijn coördinaten.
Raman spectromicroscopy werd uitgevoerd met een Renishaw RM1000 systeem uitgerust met een Modu-Laser StellarPro 514 nm Ar-ion laser (5 mW) en een Thorlabs HRP170 633 nm He-Ne laser (17 mW). Het systeem is uitgerust met een gemotoriseerde fase XYZ (Prior Scientific H101RNSW) en een 50X objectief lens, die samen zorgen voor ~ 2 pm mapping resolutie. Renishaw draad 2.0-software werd gebruikt in combinatie met de hardware. De gegevens werden verwerkt met behulp van MATLAB (MathWorks).
5. In situ Raman Monitoring van Coking 8
- Sluit een YSZ-embedded Ni mesh monster naar de Raman kamer stadium met behulp van Ag pasta met het gaas naar boven.
- Verwarm de open kamer tot 300 ° C gedurende 1 uur te drogen en verwijderen van de Ag-pasta suspensiemedium.
- Dicht de Raman kamer van de dop en plak het op het Raman microscoop podium. Gebruik de microscoop om een Ni / YSZ-interface te lokaliseren, zoals beschreven in protocol 4.2.
- Begin vloeiende 4% H 2 / Ar-gas bevochtigd door water bubbler door de kamer op ~ 100 sccm.
- Verwarm de Raman kamer tot 625 ° C.
- Breng de laser in beelden het verzamelen van de basislijn Raman scans van vlekken op de Ni gaas en YSZ substraat in de 150-2000 cm-1 serie.
- Introduceren 3-5% C 3 H 8 in de gasstroom en het verzamelen Raman spectra van Ni regelmatig terwijl het gas stroomt naar de afzetting van koolstof op het oppervlak waarnemen tijd (bijv. 15 uur).
- Koel het monster langzaam (5 ° C / min) in stromende 4% H2 / Ar.
* De in situ Raman analyse werd uitgevoerd met een speciaal gemodificeerd Harrick Scientific hoge temperatuur reactie chamber.The kamer is uitgerust met een kwartsvenster cap, gasaansluitingen en een koelleiding. Een schematische en foto wordt in figuur 2.
WAARSCHUWING: Cooling water moet worden gebruikt om de optische microscoop beschermen het Raman systeem van verwarming!
6. Nanoschaal Visualisatie van Coking door AFM en EFM
- Pools een zijde van een 1 cm x 1 mm vierkante nikkel coupon tot de rang van 0,1 urn zoals beschreven in protocol 2.2.
- In een kwartsbuis beklede oven bloot gepolijst nikkel coupon aan stromend gas dat 10% C 3 H 8 evenwicht gehouden door Ar bij 550 ° C gedurende 1 min, het gas worden geleid door water op kamertemperatuur de gas bevochtigen tot 3 % vol. H 2 O voorafgaand aan het invoeren van de kwartsbuis.
- Verwijder het monster uit de oven. Controleer de oppervlaktemorfologie door optische microscopie en SEM.
- Monteer het monster op een metalen puck met behulp van koperen geleidende tape voor AFM en EFM studie.
- Verzamel een morfologie afbeelding met behulp van AFM in tapping mode.
- Installeer een n-type Si gebaseerde AFM tip (NSC16) of een geleidende tip AFM (CSC11/Cr-Au) op de elektrische houder (MMEFCH).
- Scan de steekproef oppervlak in "Lift Mode", waarbij de punt eerst de topografische informatie verzamelt over zijn eerste reis over het monster oppervlak en then voelt de fasehoek op zijn tweede reis voor elektrostatische kracht informatie. Stel de hefhoogte aanvankelijk 100 nm, en geleidelijk af tot ongeveer dezelfde waarde van de oppervlakteruwheid (20-30 nm).
- Aan de andere kant een duidelijke interface tussen de verkookste en schone omgeving van nikkel oppervlak, het verzamelen van een reeks van EFM linescans tijdens het verwisselen van het monster bias.
- Door vergelijking van de EFM linescans op verschillende potentialen sample voorspanning, identificeren de spanning waarbij de fasehoek contrast klapt 21.
- Verzamel een afbeelding met een monster vooroordeel dat is 1-2V negatieve tov het schakelpunt, en een ander beeld met sample bias die is 1-2V positieve tov het schakelpunt.
- Door vergelijking van de topografie beeld en de twee sets EFM beelden op verschillende sample vooroordelen aanschaffen distributie kaart van koolstof en nikkel fase van het monster. * Voor onze SPM analyses werd een Veeco NanoScope IIIA-systeem gebruikt. Een schema van de werking van het EFM analyse23, 24 is weergegeven in figuur 3.