Name: High Temperature Fabricage van nanostructuur yttriumoxide-gestabiliseerde Zirconia (YSZ) Steigers door In Situ Carbon Templating xerogels (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 13 s
Description: Leer een methode voor het fabriceren van nanogestructureerde yttriumoxide-gestabiliseerde zirconia (YSZ) steigers bij hoge temperaturen met behulp van koolstof-templating. Deze techniek genereert keramische materialen met 80 keer meer oppervlakte dan traditionele methoden.

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

Dit werk werd ondersteund door de Wake Forest Chemistry Department en de Wake Forest Centrum voor Energie, Milieu en Duurzaamheid (CEES). Wij danken Charles Mooney en de analytische apparatuur Facility van de North Carolina State University voor hulp bij SEM beeldvorming.

1. Voorbereiding Xerogel Pellets <ol><li> gel Synthesis <ol><li> Voeg een 25 mm magnetische roerstaaf en 113 ml gedeïoniseerd water in een 500 ml bekerglas. Magnetisch roeren het gedeïoniseerde water aan de hoogste snelheid die geen vortex vormt. </li><li> Voeg langzaam 13,05 g (0,056 mol) watervrij zirkoniumchloride aan het gedeïoniseerde water in kleine stappen. Nadat alle watervrije zirkonium chloride opgelost, voeg 53,29 g (0,296 mol) van glucose om de oplossing. </li><li> Nadat alle glucose is opgelost in de oplossing, voeg 3,73 g (0,01 mol) van yttrium nitraat hexahydraat aan de oplossing. Verhogen de snelheid van magnetisch roeren tot -700 rpm en wacht tot alle yttrium nitraat hexahydraat op te lossen in oplossing. </li><li> Voeg 42 ml propyleenoxide aan de oplossing. Verder roeren bij -700 rpm propyleenoxide te mengen met de waterige oplossing. Zodra het propyleenoxide wordt gemengd met de waterige oplossing (-10 s), verminderen de magnetische roeren to -150 rpm. </li><li> Blijf roeren totdat de magnetische roerstaaf stilstaat door de vorming van de gel. De gel vormt meestal binnen 3 minuten. OPMERKINGEN: Het toevoegen van watervrij zirkoniumdichloride aan gedeïoniseerd water is een sterk exotherme reactie en het watervrije zirkoniumdichloride wordt pluim als het te snel wordt toegevoegd. De formulering die in paragraaf 1.1. overeen met een glucose tot totale metalen (zirkoon + yttrium) molverhouding van 4,5: 1. De resultaten representatief deel bevat gegevens voor glucose aan totale metalen molaire verhoudingen van 0: 1, 2,25: 1 en 4,5: 1. De hoeveelheid glucose in het preparaat wordt alleen beperkt door de oplosbaarheid van glucose in de oplossing. Ter referentie, de maximale oplosbaarheid van glucose in water bij 20 ° C is 47,8 gew%. 15 </li></ol></li><li> Vergrijzing en de gel te wassen <ol><li> Strak betrekking op de beker die de gel met Parafilm en laat leeftijd gedurende 24 uur door het verlaten van de afgedekte bekerglas bij kamertemperatuur. </li><li> Verwijder het deksel van de beker en decanteer de vloeistof bovenop de gel. </li><li> Voeg 300 ml absolute ethanol aan de beker die de gel stevig Bedek het bekerglas met Parafilm en laat het bedekte beker bij kamertemperatuur gedurende 24 uur. </li><li> Herhaal stap 1.2.3 nog tweemaal voor een totaal van drie wassingen ethanol over een totale periode van 72 uur. </li></ol></li><li> Het drogen van de gel in een Xerogel <ol><li> Verwijder de gel uit de beker en plaats deze in een 2 L porseleinen indampschaaltje (24 cm buiten diameter boven) met een laboratoriumspatel. </li><li> Breek de gel in ongeveer 1 cm x 1 cm gesneden met een spatel en verspreid de stukken over het oppervlak van de indampschaal. </li><li> Laat de gelstukken drogen onder omgevingscondities gedurende één week of totdat de gel droog. De gel wordt droog beschouwd wanneer kan worden vermalen tot een fijn poeder. </li><li> Maal alle van de xerogel tot een fijn poeder met een mortier en een stamper. OPMERKING: Zodra de gel droog is, is hetals een xerogel, omdat het onder omgevingsomstandigheden gedroogd. </li></ol></li><li> Door op de Xerogel in een Pellet <ol><li> Plaats 1 g xerogel poeder in een cilindrische pellet persmatrijs met een diameter van 13 mm. </li><li> Met behulp van een hydraulische druk, toegepast 22 kN kracht gedurende 90 s om op de xerogel gel tot een pellet. </li><li> Langzaam laat de door de pers uitgeoefende kracht. uitwerpen langzaam de pellet uit de pellet matrijs en verwijder dan zorgvuldig de pellet. </li></ol></li></ol> 2. Het sinteren van de pellet Xerogel in een inerte atmosfeer <ol><li> Plaats de xerogel pellet op een aluminiumoxide of yttriumoxide gestabiliseerd zirkoniumoxide plaat en plaats de plaat in het midden van een buisoven. </li><li> Stroom argon met een snelheid van eenderde van het volume van de werkslang per minuut. Dit komt overeen met een argon stroomsnelheid van 750 ml · min-1 voor de werkende buis in dit werk. Ontlucht de gasuitlaat een zuurkast. </li><li> Stroom argon gedurende ten minste 15 min boordat beginnen de buisoven verwarmd. </li><li> Onder continu stromend argon bij een constante snelheid, de programma buisoven temperatuurregelaar de volgende verwarmingsschema: <ol><li> Houd bij kamertemperatuur gedurende 15 minuten. </li><li> Verwarm tot 850 ° C met een helling van 5 ° C · min -1. </li><li> Verwarm tot de gewenste sintertemperatuur met een toenamesnelheid van 2 ° C · min -1. </li><li> Houden op de gewenste sintertemperatuur gedurende 2 uur. </li><li> Koel tot 850 ° C met een helling van 2 ° C · min -1. </li><li> Koel af tot kamertemperatuur met een toenamesnelheid van 5 ° C · min -1. </li></ol></li><li> Start het programma en dubbel controleren of de buisoven opwarmt na het schema in rubriek 2.3. </li><li> Pellet verwijderd uit de buisoven na het verwarmingsprogramma is voltooid. </li></ol> 3. Bepalen Carbon templateconcentratie <ol><li> Snijd een -50 mg stuk uit degesinterde pellet xerogel met een mes en vermalen tot een fijn poeder met een agaat mortier en stamper. </li><li> Plaats ~ 50 mg van het fijne poeder in een aluminium monsterhouder voor thermogravimetrische analyse. </li><li> Met behulp van een thermogravimetrische analysator (TGA), verwarm het monster met een snelheid van 10 ° C · min -1 van kamertemperatuur tot 1200 ° C stromend lucht over het monster met een snelheid van 100 ml · min -1. </li><li> De procentuele gewichtsverandering die tussen -350 ° C en -700 ° C plaatsvindt. Dit gewichtsprocent overeen met het totale koolstofgehalte van het monster. OPMERKING: Bij een gewichtstoename optreedt in het 350 ° C tot 700 ° C traject, heeft een carbide fase gevormd en de berekening van het koolstofgehalte complexer. In dit geval, kunt u verwijzen naar berekeningen die in de literatuur beschreven. 14 Carbon elementanalyse werd gebruikt om te bevestigen dat koolstofgehalte kan worden berekend uit metingen TGA. </li></ol> 4. Voorbereiden van High Oppervlakte YSZ steiger door Carbon verwijdering van de mal <ol><li> Plaats de gesinterde xerogel pellet in een alumina smeltkroes. </li><li> Plaats de kroes in een doos oven bij 700 ° C gedurende 2 uur. </li><li> Verwijder voorzichtig de hete kroes uit de doos oven met roestvrij stalen smeltkroes tang en laat het afkoelen tot kamertemperatuur gedurende een uur voor het verwijderen van de poreuze, witte YSZ schavot. </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>

We hebben niets te onthullen.

Met dit in situ carbon templating benadering kan men creëren en behouden nanomorfologie in gemengde metaaloxiden op traditionele keramische scaffold sintertemperaturen. De verkregen oppervlakken zijn tot 80 maal hoger zijn dan traditioneel gesinterd steigers en tot 4 maal hoger dan schavotten vervaardigd door complexe depositietechnieken. 14 De propyleenoxide-glucosegel systeem zeer flexibel voor het afstemmen van de concentratie van de koolstof matrijs, zodat men systematisch controlere...

De vaste oxide brandstofcel (SOFC) is veelbelovend als alternatieve energieomzetting technologie voor de efficiënte productie van schone stroom. 1 aanzienlijke vooruitgang geboekt in het onderzoek en de ontwikkeling van deze technologie; echter, zijn verbeteringen in de elektrode prestaties nog steeds nodig om betrouwbare commercialisering te bereiken. De elektrode vaak poreuze keramische scaffold met elektrokatalytische deeltjes ingericht op het schavot oppervlak. Een grote hoeveelheid onderzoek is gericht op het vergroten van het oppervlak van de elektrokatalytische deeltjes prestaties, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 vergroten, maar er is zeer weinig onderzoek naar het vergroten van het oppervlaktegebied schavot. Het verhogen van het schavot oppervlakgebied uitdaging omdat ze bij hoge temperatuur worden gesinterd, 1.100 ° C tot 1.500 ° C. Steigers verwerkt door traditionele sinteren hebben gewoonlijk een specifiek oppervlak van 0,1-1 m2 · g-1. 8, 9, 10, 11 Er zijn enkele rapporten over het vergroten van het oppervlaktegebied schavot. In één geval is het oppervlak van een traditioneel gesinterd scaffold was door oplossen en neerslaan van het schavot oppervlak met fluorwaterstofzuur, bereiken een specifiek oppervlak van 2 m2 · g-1. 12 In een andere, werden hoge temperaturen geheel vermeden door gepulste laser depositie, het bereiken van een specifiek oppervlak van 20 m2 · g-1. 13 De grondgedachte achter de ontwikkeling van onze techniek was om een low cost fabricage creërenproces dat ongekende steiger oppervlakten biedt en maakt gebruik van traditionele sintertemperaturen zodat het proces gemakkelijk kan worden vastgesteld. Met de techniek hier beschreven, steiger oppervlak tot 80 m2 · g-1 zijn aangetoond terwijl traditionele sintertemperaturen verwerkt. 14 Ons onderzoek is vooral ingegeven door SOFC elektrodentechniek, maar de techniek is breed toepasbaar op andere gebieden en toepassingen. In het algemeen, de in situ carbon template werkwijze is een flexibele benadering nanostructuur groot oppervlak gemengde metalen keramische materialen in poeder- of poreuze scaffold vorm kan produceren. Het is flexibel doordat de gemengde metaal keramische samenstelling, specifiek oppervlak, porositeit en poriëngrootte kunnen allemaal worden systematisch afgestemd. Hoge temperaturen zijn vaak nodig om de gewenste fase gemengd metaalkeramiek vormen en deze benadering behoudt keramische nanomorfologie while zodat men wezen kiezen voor een verwerkingstemperatuur. Deze methode omvat de synthese van een hybride anorganische-organische propyleenoxide gebaseerde gel, met een welgedefinieerdheid stoichiometrie van metaalionen en de verhouding van anorganische naar organische bestanddelen. De gel wordt gedroogd onder omgevingsomstandigheden tot een xerogel te vormen. De xerogel wordt gesinterd in een argonatmosfeer bij de gewenste temperatuur. Bij verhitting, de organische component ontleedt achterlating koolstof mal in situ, waarbij blijft voor de duur van het sinteren. De koolstof mal wordt vervolgens verwijderd door oxidatie bij lage temperatuur in lucht, wat resulteert in een nanostructuur groot oppervlak keramiek.

<table><tbody><tr><td>Zirconium(IV) chloride, 99.5+%</td><td>Alfa Aesar</td><td>12104</td><td>Gevoelig voor lucht</td></tr><tr><td>Yttrium(III) nitrate hexadydraat, 99.9%</td><td>Alfa Aesar</td><td>12898</td><td>Oxidator</td></tr><tr><td>D+ Glucose Watervrij, &ge;99.5%</td><td>US Biological Life Sciences</td><td>G3050</td><td></td></tr><tr><td>(&plusmn;)-Propyleenoxide, &ge;99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>110205</td><td>Zeer ontvlambaar</td></tr><tr><td>Ethanol 200 Proof</td><td>Decon Laboratories, Inc.</td><td>2716GEA</td><td></td></tr><tr><td>Argon, 99.997%</td><td>Airgas</td><td>AR 300</td><td>Industriële kwaliteit</td></tr></tbody></table>

high temperature fabricage van nanostructuur yttriumoxide-gestabiliseerde zirconia (ysz) steigers door<em&gt; in situ</em&gt; carbon templating xerogels

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

We tonen een werkwijze voor de hoge temperatuur vervaardiging van poreuze, nanogestructureerde met yttriumoxide gestabiliseerd zirkoniumoxide (YSZ, 8 mol% yttriumoxide - 92 mol% zirkonia) scaffolds met instelbare specifiek oppervlak tot 80 m2 · g-1. Een waterige oplossing van een zirkoniumzout, yttriumzout en glucose gemengd met propyleenoxide (PO) vorming van een gel. De gel wordt gedroogd onder omgevingsomstandigheden tot een xerogel te vormen. De xerogel wordt tot pellets geperst en vervolgens gesinterd in een argonatmosfeer. Tijdens het sinteren, een YSZ keramische fase vormen en de organische bestanddelen ontleden, met achterlating van amorfe koolstof. De koolstof in situ gevormd dient als een vaste matrijs, toch een hoog oppervlaktegebied YSZ nanomorfologie bij sintertemperatuur. De koolstof wordt vervolgens verwijderd door oxidatie in lucht bij lage temperatuur, wat resulteert in een poreuze, nanogestructureerde YSZ scaffold. De concentratie van de koolstof matrijs en de uiteindelijke scaffold oppervlak kan systematisch wordenly afgestemd door het variëren van de glucoseconcentratie in het gelsynthese. De koolstof templateconcentratie werd gekwantificeerd middels thermogravimetrische analyse (TGA), het oppervlak en poriegrootteverdeling werd bepaald door fysische adsorptie metingen en de morfologie werd gekarakteriseerd met behulp van scanning elektronenmicroscopie (SEM). Fasezuiverheid en kristallietgrootte werd bepaald met röntgendiffractie (XRD). Deze fabricage benadering verschaft een nieuw, flexibel platform voor het realiseren ongekende steiger oppervlakken en nanomorphologies voor keramiek gebaseerde elektrochemische energieomzetting toepassingen zoals vaste oxide brandstofcel (SOFC) elektroden.

Fasezuiverheid werd bevestigd door röntgendiffractie (XRD) zoals eerder door Cottam et al. 14 YSZ scaffold specifiek oppervlak als functie koolstof templateconcentratie is getoond in figuur 1. De concentratie wordt weergegeven als het volumepercentage van de totale vaste stoffen in het gesinterde xerogel pellet. De koolstof templateconcentratie systematisch toeneemt met toenemende glucoseconcentratie in de gelformulering. Zoals getoond in...

Een protocol voor het vervaardigen van poreuze, nanogestructureerde met yttriumoxide gestabiliseerd zirkoniumoxide (YSZ) scaffolds bij temperaturen tussen 1000 ° C en 1400 ° C is weergegeven.

High Temperature Fabricage van nanostructuur yttriumoxide-gestabiliseerde Zirconia (YSZ) Steigers door<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templating xerogels

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

Het algemene doel van deze methode voor materiaalsverwerking is het creëren en behouden van nanogestructureerde keramiek bij typische sintertemperaturen door middel van in situ koolstoftemplating van hybride materialen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in de materiaalkunde en verwerkingstechniek, zoals het beheersen van keramische nanostructuren onder omstandigheden die ver van het evenwicht liggen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het keramische materialen genereert met een oppervlakte die 80 keer groter is dan bij traditionele technieken.Hoewel deze methode inzicht kan geven in nanostructuren van Yttria-gestabiliseerd Zirkoniumoxide, kan ze in principe worden toegepast op vrijwel elk gemengd metaaloxidemateriaal. Voeg eerst een magnetische roerstaafoor van 25 millimeter en 113 milliliter gedeïoniseerd water toe aan een bekerglas van 500 milliliter. Roer het gedeïoniseerde water met de hoogste snelheid waarbij geen vortex wordt gevormd.Voeg langzaam 13,05 gram watervrij zirconiumchloride in kleine hoeveelheden toe aan het gedeïoniseerde water. Zodra al het zirconiumchloride is opgelost, voegt u 53,29 gram glucose toe aan de oplossing. Wanneer alle glucose is opgelost, voegt u 3,73 gram yttriumnitraathexahydraat toe aan de oplossing.Verhoog de roersnelheid naar ongeveer 700 RPM en wacht tot alle vaste stof in de oplossing is opgelost. Voeg vervolgens 42 milliliters propyleenoxide toe aan de oplossing. Zodra de oplossing voldoende is gemengd, wordt de roersnelheid verlaagd naar ongeveer 150 RPM.Blijf roeren tot de magnetische roerstaaf is gestopt met bewegen door geelvorming. Dek vervolgens het bekerglas met de gel stevig af met parafilm. Nadat de gel 24 uur heeft kunnen rijpen, wordt de parafilm van het bekerglas verwijderd en wordt de vloeistof bovenop de gel afgegoten.Voeg vervolgens 300 milliliters absolute ethanol toe aan de beker met de gel. Dek de beker stevig af met parafilm en laat de afgedekte beker 24 uur bij kamertemperatuur staan. Nadat de vorige stap twee keer is herhaald, wordt de gel met een laboratoriumspatel uit de beker verwijderd en in een porseleinen indampschaal van twee liter geplaatst.Breek de gel met de spatel in stukjes en verspreid deze over het oppervlak van de verdampingsschaal. Nadat de gelstukjes onder omgevingsomstandigheden zijn gedroogd, wordt de resulterende xerogel met een agaatvijzel en stamper tot een fijn poeder vermalen. Plaats vervolgens één gram xerogelpoeder in een cilindrische pelletpersmatrijs van 13 millimeter.Gebruik een hydraulische pers om gedurende 90 seconden een kracht van 22 kilo Newtons uit te oefenen om de xerogelgel tot een pellet samen te persen. Laat de door de pers uitgeoefende kracht langzaam los. Verwijder vervolgens voorzichtig de pellet uit de pelletmatrijs.Plaats de xerogelpellet op een YSZ-plaat en schuif de plaat in het midden van een buisoven. Laat argon stromen met een snelheid van een derde van het volume van de werkbuis per minuut gedurende ten minste 15 minuten, waarbij de gasuitlaat naar een zuurkast wordt geleid. Terwijl er continu argon met een constante snelheid stroomt, programmeert u de temperatuurregelaar van de buisoven volgens het toepasselijke verwarmingsschema.Start het programma en controleer zorgvuldig of de buisoven opwarmt volgens het schema. Nadat het verhittingsprogramma is voltooid, verwijdert u de pellet uit de buisoven. Snijd met een stanleymes een stuk van 50 milligram uit het midden van de xerogel-pellet.Maal vervolgens de xerogel tot een fijn poeder met een agaatmortier en stamper. Plaats ongeveer 50 milligram van het fijne poeder in een aluminium monsterbeker voor thermogravimetrische analyse. Verhit het monster met een thermogravimetrische analyseapparaat met een snelheid van 10 graden Celsius per minuut van omgevingstemperatuur tot 1200 graden Celsius, terwijl er lucht over het monster stroomt met een snelheid van 100 milliliters per minuut.Bereken de procentuele gewichtsverandering die optreedt tussen 350 en 700 graden Celsius, wat overeenkomt met het totale koolstofgehalte in het monster. Plaats op dit punt de gecentreerde xerogel-pellet in een aluminiumoxidekroes. Plaats de kroes gedurende twee uur in een moffeloven bij 700 graden Celsius.Verwijder de hete smeltkroes voorzichtig uit de kookoven met een roestvrijstalen kruestang. Nadat deze een uur lang is afgekoeld tot kamertemperatuur, wordt het poreuze witte YSZ-steunstructuur uit de smeltkroes gehaald. Het specifiek oppervlak van de YSZ-steunstructuur als functie van de concentratie van het koolstofsjabloon wordt hier getoond.De concentratie van de koolstofmatrix en het specifieke oppervlak nemen systematisch toe bij een stijgende glucoseconcentratie en een toenemende molaire glucose-metaalverhouding, respectievelijk. De concentratie van de koolstofmatrix, bepaald via thermogravimetrische analyse, bedroeg 4 gewichtsprocent en 64 gewichtsprocent van de totale vaste stoffen voor de molaire glucose-metaalverhoudingen van 0:1 en 4,5:1, respectievelijk. SEM-beelden tonen aan dat de deeltjes van YSZ-xerogel met glucose-additief meerdere malen kleiner zijn dan die zonder glucose-additief.De vorming van kleinere deeltjes door het toevoegen van glucose aan de gel is consistent met hun hoge koolstofgehalte en oppervlakte. De XRD-patronen van de sterkste YSZ-piek voor het YSZ-steigerwerk als functie van de molaire ratio tussen glucose en metalen worden hier getoond. De kristalietgrootte nam af naarmate de molaire ratio toenam, en het verloop van de kristalietgrootte is consistent met de waargenomen toename van het oppervlak bij een stijgende molaire ratio.De poriegrootteverdeling vanHet YSZ-steigerondersteuning als functie van de molaire ratio glucose-metalen laat zien dat zowel het aantal als de grootte van de poriën toenemen bij een stijging van de molaire ratio. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat een lekdichte stroom inert gas door de buizoven gehandhaafd moet blijven. Na deze procedure kunnen andere keramische structuren worden gecreëerd, zoals hier onze structuren die zijn geprepareerd door infiltratie van hybriden in traditionele poreuze steigers.Na het bekijken van deze video heeft u een goed inzicht in hoe u keramische nanomorfologie bij hoge temperaturen kunt creëren, behouden en beheersen.

high-temperature-fabrication-nanostructured-yttria-stabilized

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

We presenteren methoden voor de productie van een patroon microstructuren van verticaal uitgelijnde koolstof nanobuisjes (CNTs), en hun gebruik als master mallen voor de productie van polymeer microstructuren met georganiseerde nanoschaal oppervlaktestructuur. De CNT bossen verdicht door condensatie van oplosmiddel op het substraat, die aanzienlijk verhoogt de pakkingsdichtheid en maakt zelfsturend vorming van 3D-vormen.

Fabrication, verdichting, en Replica Molding van 3D Carbon Nanotube Microstructuren

Verschillende procedures worden geschetst om atomair gedefinieerde templates voor te bereiden op epitaxiale groei van complexe oxide deklagen. Chemische behandeling van enkele kristallijne SrTiO 3 (001) en DYSCO 3 (110) substraten werden uitgevoerd om atomair glad, enkel beëindigd oppervlakken te verkrijgen. Ca 2 Nb 3 O 10 - nanosheets werden gebruikt om atomair gedefinieerde templates op willekeurige substraten te creëren.

Atomair gedefinieerde templates voor epitaxiale groei van complexe oxide deklagen

Dit protocol beschrijft de bereiding van gasless nanogestructureerde energetische materialen (Ni + Al, Ta + C, Ti + C) met behulp van de korte termijn high-energy ball frezen (HEBM) techniek. Het beschrijft ook een snelle thermische beeldvormende methode om de reactiviteit van mechanisch gefabriceerde nanocomposieten bestuderen. Deze protocollen kunnen worden uitgebreid naar andere reactieve nanogestructureerde energetische materialen.

Voorbereiding en reactiviteit van gasless Nanostructured Energetische materialen

Dit rapport beschrijft het gebruik van een custom-built systeem om aerosol depositie van dikke lagen van yttrium ijzer granaat uit te voeren op saffier substraten bij RT. De afgezette films worden gekarakteriseerd met behulp van scanning elektronenmicroscopie profilometrie en ferromagnetische resonantie een representatief overzicht van de mogelijkheden van de techniek geven.

Vorming van Dik Dense Yttrium Iron Granaat Films Met behulp van Aerosol Deposition

Een protocol voor de synthese en verwerking van polykristallijne SrTiO3 keramiek, niet-uniform gedoteerd met Pr, wordt gepresenteerd samen met de onderzoek naar hun thermo-elektrische eigenschappen.

Synthese van niet-uniforme Pr gedoteerde SrTiO<sub&gt; 3</sub&gt; Keramiek en hun Thermo Properties

Hier, we bereiden en karakteriseren van nieuwe boomachtige hiërarchische ZnO / CdSSe nanostructuren, waarbij CdSSe takken worden geteeld op verticaal uitgelijnd ZnO nanodraden. De resulterende nanotrees een potentiële materialen voor zonne-energie conversie en andere opto-elektronische inrichtingen.

Synthese van Hierarchical ZnO / CdSSe heterostructuur Nanotrees

Een haalbare techniek voor de vorming van strontiumtitanaat bikristallen bij hoge druk en snelle verwarmingssnelheid via het spark plasma sintering apparaat wordt ontwikkeld.

Ontstekingsplasma sinterapparatuur toegepast voor de vorming van strontiumtitaanoxide Bicrystals

Lange en holle glasachtige koolstofmicrofibers werden vervaardigd op basis van de pyrolyse van een natuurlijk product, menselijk haar. De twee fabricage stappen van koolstofmicro-elektromechanische en koolstofnanoelectromechanische systemen, of C-MEMS en C-NEMS, zijn: (i) fotolithografie van een koolstofrijke polymeervoorloper en (ii) pyrolyse van de gevormde polymeervoorloper.

Fabricage van 3D Koolstof Micro-Elektromechanische Systemen (C-MEMS)

Hier beschrijven we een protocol voor addiditief zwart-witte Zirkonia onderdelen productie door thermoplastische 3D-Printing (CerAM - T3DP) en mede sinteren gebrek-gratis.

Multi materiaal keramiek gebaseerde componenten – Additive Manufacturing van zwart-witte Zirconia componenten door thermoplastische 3D-Printing (CerAM - T3DP)

Deze studie toont multi materiële additive manufacturing (ben) met behulp van gesmolten gloeidraad fabricage (FFF) van roestvrij staal en Zirkonia.

Gesmolten gloeidraad fabricage (FFF) van metaal-keramische onderdelen

Verwezenlijking van kwalitatief hoogwaardige Schottky contacten is noodzakelijk voor het bereiken van efficiënte gate modulatie in heterostructure veld effect transistors (HFETs). We presenteren de fabricage methodologie en de kenmerken van de dioden van de Schottky op Zn-polaire BeMgZnO/ZnO Heterostructuren met hoge dichtheid twee dimensionale electron gas (2DEG), geteeld door moleculaire straal plasma-bijgewoonde epitaxie op GaN sjablonen.

Fabricage van Schottky Diodes op Zn-polaire BeMgZnO/ZnO Heterostructure gegroeid door moleculaire Beam Plasma-bijgewoonde epitaxie

Leer een methode voor het fabriceren van nanogestructureerde yttriumoxide-gestabiliseerde zirconia (YSZ) steigers bij hoge temperaturen met behulp van koolstof-templating. Deze techniek genereert keramische materialen met 80 keer meer oppervlakte dan traditionele methoden.

High Temperature Fabricage van nanostructuur yttriumoxide-gestabiliseerde Zirconia (YSZ) Steigers door In Situ Carbon Templating xerogels (Video) | JoVE Journal

High Temperature Fabricage van nanostructuur yttriumoxide-gestabiliseerde Zirconia (YSZ) Steigers door

Meer video's verkennen