Name: Wytwarzanie w wysokiej temperaturze nanostrukturalnych rusztowań z tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (YSZ) przez kserogony węglowe in situ (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 13 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania nanostrukturalnych rusztowań YSZ w wysokiej temperaturze przy użyciu szablonowania węglowego. Technika ta generuje ceramikę o powierzchni 80 razy większej niż tradycyjne metody.

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

Ta praca była wspierana przez Departament Chemii Wake Forest oraz Centrum Energii, Środowiska i Zrównoważonego Rozwoju Wake Forest (CEES). Dziękujemy Charlesowi Mooneyowi i Analytical Instrumentation Facility Uniwersytetu Stanowego Karoliny Północnej za pomoc w obrazowaniu SEM.

1. Przygotowanie granulek kserożelu
<ol>
	<li>Synteza żelu
	<ol>
		<li>Do zlewki o pojemności 500 ml dodaj mieszadło magnetyczne o średnicy 25 mm i 113 ml wody dejonizowanej. Magnetycznie mieszaj wodę dejonizowaną z największą prędkością, która nie tworzy wiru.</li>
		<li>Powoli dodawać 13,05 g (0,056 mola) bezwodnego chlorku cyrkonu do wody dejonizowanej małymi porcjami. Po rozpuszczeniu całego bezwodnego chlorku cyrkonu dodać 53,29 g (0,296 mola) glukozy do roztworu.</li>
		<li>Po rozpuszczeniu całej glukozy w roztworze dodać do roztworu 3,73 g (0,01 mola) sześciowodnego azotanu itru. Zwiększ szybkość mieszania magnetycznego do ~ 700 obr./min i poczekaj, aż cały sześciowodny azotan itru rozpuszczy się w roztworze.</li>
		<li>Dodać 42 ml tlenku propylenu do roztworu. Kontynuuj mieszanie z prędkością ~700 obr./min, aby tlenek propylenu zmieszał się z roztworem wodnym. Po zmieszaniu tlenku propylenu z roztworem wodnym (~10 s) zmniejsz mieszanie magnetyczne do ~150 obr./min.</li>
		<li>Kontynuuj mieszanie, aż mieszadło magnetyczne przestanie się poruszać z powodu tworzenia się żelu. Żel tworzy się zazwyczaj w ciągu 3 minut 
		UWAGI: Dodanie bezwodnego chlorku cyrkonu do wody dejonizowanej jest reakcją wysoce egzotermiczną, a bezwodny chlorek cyrkonu będzie pluł, jeśli zostanie dodany zbyt szybko. 
		Postać użytkowa podana w sekcji 1.1. odpowiada stosunkowi molowemu glukozy do metali ogółem (cyrkon + itr) wynoszącemu 4,5:1. Sekcja reprezentatywnych wyników zawiera dane dotyczące stosunku molowego glukozy do metali całkowitych wynoszących 0:1, 2,25:1 i 4,5:1. Ilość glukozy w preparacie jest ograniczona jedynie rozpuszczalnością glukozy w roztworze. Dla porównania, maksymalna rozpuszczalność glukozy w wodzie o temperaturze 20 °C wynosi 47,8% wag. 15</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Starzenie i mycie żelu
	<ol>
		<li>Szczelnie przykryć zlewkę zawierającą żel preparatem Parafilm i pozostawić do leżakowania przez 24 godziny, pozostawiając przykrytą zlewkę w temperaturze pokojowej.</li>
		<li>Zdjąć pokrywkę z zlewki i zdekantować płyn na wierzch żelu.</li>
		<li>Dodać 300 ml bezwzględnego etanolu do zlewki zawierającej żel, szczelnie przykryć zlewkę Parafilmem i pozostawić przykrytą zlewkę w temperaturze pokojowej na 24 godziny.</li>
		<li>Powtórzyć krok 1.2.3 jeszcze dwa razy, co daje w sumie trzy płukania etanolem w łącznym okresie 72 godzin.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Suszenie żelu do postaci kserożelu
	<ol>
		<li>Wyjąć żel ze zlewki i umieścić go w porcelanowym naczyniu do parowania o pojemności 2 l (24 cm zewnętrzna średnica górna) za pomocą szpatułki laboratoryjnej.</li>
		<li>Rozbij żel na kawałki o wymiarach około 1 cm x 1 cm za pomocą szpatułki i rozprowadź kawałki na powierzchni naczynia do parowania.</li>
		<li>Pozostaw kawałki żelu do wyschnięcia w warunkach otoczenia przez tydzień lub do momentu, gdy żel wyschnie. Żel jest uważany za suchy, gdy można go zmielić na drobny proszek.</li>
		<li>Zmiel cały kserożel na drobny proszek za pomocą moździerza i tłuczka. 
		UWAGA: Po wyschnięciu żel jest uważany za kserożel, ponieważ został wysuszony w warunkach otoczenia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wciskanie kserożelu w granulkę
	<ol>
		<li>Umieścić 1 g proszku kserożelowego w cylindrycznej matrycy do peletowania o średnicy 13 mm.</li>
		<li>Za pomocą prasy hydraulicznej należy przyłożyć siłę 22 kN przez 90 s, aby wcisnąć żel kserożelowy w granulkę.</li>
		<li>Powoli zwolnij siłę przyłożoną przez prasę. Powoli wyrzuć granulkę z matrycy do peletów, a następnie ostrożnie wyjmij pelety.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Spiekanie granulek kserożelu w atmosferze obojętnej
<ol>
	<li>Umieść granulki kserożelu na płytce z tlenku glinu lub tlenku cyrkonu stabilizowanej tlenkiem itru i załaduj płytkę do środka pieca rurowego.</li>
	<li>Przepływ argonu z szybkością jednej trzeciej objętości rury roboczej na minutę. Odpowiada to natężeniu przepływu argonu wynoszącemu 750 ml·min-1 dla rury roboczej używanej w tej pracy. Odpowietrzyć wylot gazu do dygestoria.</li>
	<li>Przepływaj argon przez co najmniej 15 minut przed rozpoczęciem podgrzewania pieca rurowego.</li>
	<li>Podczas ciągłego przepływu argonu ze stałą prędkością, zaprogramuj regulator temperatury pieca rurowego zgodnie z następującym harmonogramem ogrzewania:
	<ol>
		<li>Przechowywać w temperaturze pokojowej przez 15 minut.</li>
		<li>Podgrzać do 850 °C z prędkością narastania 5 °C·min-1.</li>
		<li>Podgrzać do żądanej temperatury spiekania z szybkością narastania 2 °C·min-1.</li>
		<li>Utrzymywać w żądanej temperaturze spiekania przez 2 godziny.</li>
		<li>Schłodzić do temperatury 850 °C z szybkością narastania 2 °C·min-1.</li>
		<li>Schłodzić do temperatury pokojowej z szybkością narastania 5 °C·min-1.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Uruchom program i dokładnie sprawdź, czy piec rurowy nagrzewa się zgodnie z harmonogramem podanym w rozdziale 2.3.</li>
	<li>Usuń pelety z pieca rurowego po zakończeniu programu grzewczego.</li>
</ol>
3. Określanie stężenia węgla w szablonie
<ol>
	<li>Za pomocą noża uniwersalnego wytnij kawałek ~50 mg ze spiekanej granulki kserożelu i zmiel go na drobny proszek za pomocą moździerza agatowego i tłuczka.</li>
	<li>Umieść ~ 50 mg drobnego proszku w kubku na próbkę tlenku glinu w celu analizy termograwimetrycznej.</li>
	<li>Za pomocą analizatora termograwimetrycznego (TGA) podgrzać próbkę z szybkością 10 °C·min-1 od temperatury otoczenia do 1 200 °C, jednocześnie przepuszczając powietrze nad próbką z szybkością 100 ml·min-1.</li>
	<li>Oblicz procentową zmianę masy, która występuje między ~350 °C a ~700 °C. Ten procent wagowy odpowiada całkowitej zawartości węgla w próbce. 
	UWAGA: Jeśli wzrost masy następuje w zakresie od 350 °C do 700 °C, utworzyła się faza węglikowa i obliczenie zawartości węgla jest bardziej złożone. W tym przypadku należy zapoznać się z obliczeniami opisanymi w literaturze. 14 Analiza pierwiastkowa węgla została użyta do potwierdzenia, że zawartość węgla może być obliczona na podstawie pomiarów TGA.</li>
</ol>
4. Przygotowanie rusztowania YSZ o dużej powierzchni poprzez usunięcie szablonu węglowego
<ol>
	<li>Umieścić spiekaną granulkę kserożelu w tyglu z tlenku glinu.</li>
	<li>Umieścić tygiel w piecu skrzynkowym w temperaturze 700 °C na 2 godziny.</li>
	<li>Ostrożnie wyjmij gorący tygiel z pieca skrzynkowego za pomocą szczypiec tyglowych ze stali nierdzewnej i pozwól mu ostygnąć do temperatury pokojowej przez godzinę przed usunięciem porowatego, białego rusztowania YSZ.</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>

Nie mamy nic do ujawnienia.

Dzięki takiemu podejściu do szablonów węglowych in situ można stworzyć i zachować nanomorfologię w mieszanych tlenkach metali w tradycyjnych temperaturach spiekania rusztowań ceramicznych. Uzyskane w ten sposób powierzchnie są do 80 razy większe niż w przypadku rusztowań tradycyjnie spiekanych i do 4 razy większe niż w przypadku rusztowań wytwarzanych przy użyciu złożonych technik osadzania. 14 System żelu tlenek propylenu i glukoza jest bardzo elastyczny w dostrajaniu stężenia matrycy wę...

Ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem (SOFC) jest bardzo obiecujące jako alternatywna technologia konwersji energii dla efektywnego wytwarzania czystej energii elektrycznej. 1 Poczyniono znaczne postępy w badaniach i rozwoju tej technologii; Jednak nadal potrzebna jest poprawa wydajności elektrod, aby osiągnąć wiarygodną komercjalizację. Elektroda często składa się z porowatego rusztowania ceramicznego z cząstkami elektrokatalitycznymi ozdobionymi na powierzchni rusztowania. Wiele badań skupiło się na zwiększeniu powierzchni cząstek elektrokatalitycznych w celu zwiększenia wydajności,2,3,4,5,6,7,8 Istnieje jednak bardzo niewiele badań nad zwiększeniem powierzchni rusztowania. Zwiększenie powierzchni rusztowań jest wyzwaniem, ponieważ są one spiekane w wysokich temperaturach, od 1 100 °C do 1 500 °C.
Rusztowania przetwarzane metodą tradycyjnego spiekania zazwyczaj mają określoną powierzchnię 0,1-1 m2·g-1. 8,9,10,11 Istnieje kilka doniesień na temat zwiększania powierzchni rusztowania. W jednym przypadku powierzchnia rusztowania tradycyjnie spiekanego została zwiększona poprzez rozpuszczenie i wytrącenie powierzchni rusztowania za pomocą kwasu fluorowodorowego, osiągając powierzchnię właściwą 2 m2·g-1. 12 W innym przypadku całkowicie uniknięto wysokich temperatur dzięki zastosowaniu pulsacyjnego osadzania laserowego, osiągając powierzchnię właściwą 20 m2·g-1. 13 Powodem rozwoju naszej techniki było stworzenie taniego procesu produkcyjnego, który zapewnia niespotykaną dotąd powierzchnię rusztowania i wykorzystuje tradycyjne temperatury spiekania, dzięki czemu proces ten może być łatwo przyjęty. Dzięki opisanej tutaj technice wykazano, że powierzchnia rusztowań do 80 m2·g-1 jest przetwarzana w tradycyjnych temperaturach spiekania. 14
Nasze badania są głównie motywowane inżynierią elektrod SOFC, ale technika ta ma szersze zastosowanie w innych dziedzinach i zastosowaniach. Ogólnie rzecz biorąc, metoda szablonowania węgla in situ jest elastycznym podejściem, które może wytwarzać nanostrukturalne materiały ceramiczne z mieszanych metali o dużej powierzchni w postaci proszku lub porowatego rusztowania. Jest elastyczny, ponieważ skład ceramiczny z mieszanego metalu, powierzchnia, porowatość i wielkość porów mogą być systematycznie dostrajane. Wysokie temperatury są często potrzebne do wytworzenia pożądanej fazy w ceramice z mieszanych metali, a takie podejście pozwala zachować nanomorfologię ceramiki, jednocześnie pozwalając na wybór zasadniczo dowolnej temperatury przetwarzania.
Ta metoda polega na syntezie hybrydowego nieorganiczno-organicznego żelu na bazie tlenku propylenu, z dobrze zdefiniowaną stechiometrią jonów metali i stosunkiem zawartości nieorganicznej do organicznej. Żel jest suszony w warunkach otoczenia w celu utworzenia kserożelu. Ksero jest spiekany w atmosferze argonu w żądanej temperaturze. Po podgrzaniu składnik organiczny rozkłada się, pozostawiając na miejscu matrycę węglową, która pozostaje na czas spiekania. Matryca węglowa jest następnie usuwana przez utlenianie w niskiej temperaturze w powietrzu, w wyniku czego powstaje ceramika o nanostrukturze i dużej powierzchni.

<table><tbody><tr><td>Chlorek cyrkonu(IV), 99,5 + %</td> <td>Alfa Aesar</td><td>12104</td><td>Wrażliwy na powietrze</td></tr><tr><td>heksadydrynian azotanu ittu(III), 99,9%</td> <td>Alfa Aesar</td><td>12898</td><td>Utleniacz</td></tr><tr><td>D+ Glukoza bezwodna, &ge; 99,5%</td><td>US Biologiczne Nauki Przyrodnicze</td><td>G3050</td><td></td></tr><tr><td>(&plusmn;)-tlenek propylenu, &ge; 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>110205</td><td>Ekstremalnie łatwopalny</td></tr><tr><td>etanol 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>klasy przemysłowej</td></tr></tbody></table>

wytwarzanie w wysokiej temperaturze nanostrukturalnych rusztowań z tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (ysz) przez kserogony węglowe in situ

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

Demonstrujemy metodę wytwarzania w wysokiej temperaturze porowatych, nanostrukturalnych rusztowań z tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (YSZ, 8 mol% itru - 92 mol% tlenku cyrkonu) o regulowanej powierzchni właściwej do 80 m2·g-1. Wodny roztwór soli cyrkonu, soli itru i glukozy miesza się z tlenkiem propylenu (PO) w celu uzyskania żelu. Żel jest suszony w warunkach otoczenia w celu utworzenia kserożelu. Ksero jest prasowany w granulki, a następnie spiekany w atmosferze argonu. Podczas spiekania tworzy się faza ceramiczna YSZ, a składniki organiczne rozkładają się, pozostawiając amorficzny węgiel. Węgiel utworzony in situ służy jako twardy szablon, zachowując dużą powierzchnię nanomorfologii YSZ w temperaturze spiekania. Węgiel jest następnie usuwany przez utlenianie w powietrzu w niskiej temperaturze, w wyniku czego powstaje porowate, nanostrukturalne rusztowanie YSZ. Stężenie matrycy węglowej i końcowej powierzchni rusztowania można systematycznie dostrajać poprzez zmianę stężenia glukozy w syntezie żelu. Stężenie matrycy węglowej określono ilościowo za pomocą analizy termograwimetrycznej (TGA), powierzchnię i rozkład wielkości porów określono za pomocą pomiarów adsorpcji fizycznej, a morfologię scharakteryzowano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Czystość fazową i wielkość krystalitu określono za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). To podejście do produkcji zapewnia nowatorską, elastyczną platformę do realizacji bezprecedensowych powierzchni rusztowań i nanomorfologii do zastosowań elektrochemicznej konwersji energii na bazie ceramiki, np. elektrod do ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC).

Czystość fazowa została potwierdzona za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), zgodnie z wcześniejszymi doniesieniami Cottama et al.14 Powierzchnia właściwa rusztowania YSZ w funkcji stężenia szablonu węglowego przedstawiona jest na Rysunku 1. Stężenie podano jako procent objętościowy wszystkich ciał stałych w spieczonym granulacie kserożelu. Stężenie szablonu węglowego systematycznie wzrasta wraz ze wzrostem stężenia glukozy w składzie że...

Przedstawiono protokół wytwarzania porowatych, nanostrukturalnych rusztowań z tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (YSZ) w temperaturach od 1,000 °C do 1,400 °C.

Wytwarzanie w wysokiej temperaturze nanostrukturalnych rusztowań z tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (YSZ) przez kserogony węglowe in situ

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

Ogólnym celem tej metody przetwarzania materiałów jest tworzenie i zachowywanie nanostrukturalnej ceramiki w typowych temperaturach spiekania poprzez tworzenie hybrydowych materiałów szablonowanych węglem in situ. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu inżynierii i przetwarzania materiałów, takie jak sposób kontrolowania nanostruktur ceramicznych w warunkach dalekich od stanu równowagi. Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala ona na uzyskanie materiałów ceramicznych o powierzchni właściwej 80 razy większej niż w przypadku technik tradycyjnych.Choć metoda ta może dostarczyć informacji na temat nanostruktur tlenku cyrkonu stabilizowanego itrem, można ją zastosować w zasadzie do każdego materiału z mieszanych tlenków metali. Najpierw do zlewki o pojemności 500 ml należy dodać magnes do mieszania o długości 25 mm oraz 113 ml wody dejonizowanej. Wodę dejonizowaną należy mieszać z najwyższą prędkością, która nie powoduje powstania wiru.Powoli dodawaj 13,05 gramów bezwodnego chlorku cyrkonu do wody dejonizowanej w małych porcjach. Po całkowitym rozpuszczeniu chlorku cyrkonu dodaj do roztworu 53,29 gramów glukozy. Po całkowitym rozpuszczeniu glukozy dodaj do

high-temperature-fabrication-nanostructured-yttria-stabilized

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Przedstawiamy metody wytwarzania wzorowanych mikrostruktur z pionowo wyrównanych nanorurek węglowych (CNTs) oraz ich zastosowanie jako form macierzystych do produkcji polimerowych mikrostruktur z uporządkowaną nanostrukturą powierzchni. Las nanorurek CNT jest zagęszczany poprzez kondensację rozpuszczalnika na podłożu, co znacznie zwiększa ich gęstość upakowania i umożliwia samokierowane tworzenie kształtów 3D.

Wytwarzanie, zagęszczanie i odlewanie replik trójwymiarowych mikrostruktur z nanorurek węglowych

Przedstawiono różne procedury przygotowania atomowo zdefiniowanych szablonów do epitaksjalnego wzrostu złożonych cienkich warstw tlenkowych. Przeprowadzono obróbkę chemiczną monokrystalicznych substratów SrTiO3 (001) i DyScO3 (110) w celu uzyskania atomowo gładkich, jednozakończonych powierzchni. Ca2 Nb3 O10- nanoarkusze wykorzystano do stworzenia atomowo zdefiniowanych szablonów na dowolnych podłożach.

Atomowo zdefiniowane matryce do epitaksjalnego wzrostu złożonych cienkich warstw tlenkowych

Ten protokół opisuje przygotowanie bezgazowych nanostrukturalnych materiałów energetycznych (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) przy użyciu techniki krótkotrwałego wysokoenergetycznego mielenia kulowego (HEBM). Opisano w nim również metodę szybkiego obrazowania termicznego do badania reaktywności mechanicznie wytwarzanych nanokompozytów. Protokoły te można rozszerzyć na inne reaktywne nanostrukturalne materiały energetyczne.

Otrzymywanie i reaktywność bezgazowych nanostrukturalnych materiałów energetycznych

Ten raport opisuje użycie specjalnie zbudowanego systemu do nanoszenia aerozolowego grubych warstw granatu itrowo-żelazowego na szafirowe podłoża w RT. Osadzone błony są charakteryzowane za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, profilometrii i rezonansu ferromagnetycznego, aby dać reprezentatywny przegląd możliwości tej techniki.

Tworzenie grubych, gęstych warstw granatu itrowo-żelazowego za pomocą osadzania aerozolowego

Przedstawiono protokół syntezy i przetwarzania polikrystalicznej ceramiki SrTiO3 domieszkowanej niejednorodnie Pr wraz z badaniem ich właściwości termoelektrycznych.

Synteza niejednorodnie domieszkowanej Pr-domieszką ceramikiSrTiO 3 i ich właściwości termoelektryczne

Tutaj przygotowujemy i charakteryzujemy nowe, drzewiaste, hierarchiczne nanostruktury ZnO/CdSSe, gdzie gałęzie CdSSe rosną na pionowo ustawionych nanodrutach ZnO. Powstałe w ten sposób nanodrzewa są potencjalnym materiałem do konwersji energii słonecznej i innych urządzeń optoelektronicznych.

Synteza hierarchicznych nanodrzew heterostrukturalnych ZnO/CdSSe

Opracowana jest realna technika tworzenia bikryształów tytanianu strontu pod wysokim ciśnieniem i szybkim tempem nagrzewania za pomocą iskrowego aparatu do spiekania plazmowego.

Aparatura do spiekania plazmy iskrowej stosowana do tworzenia bikryształów tytanianu strontu

Długie i puste w środku szkliste mikrowłókna węglowe zostały wytworzone w oparciu o pirolizę naturalnego produktu, ludzkiego włosa. Dwa etapy wytwarzania węglowych systemów mikroelektromechanicznych i nanoelektromechanicznych węglowych, czyli C-MEMS i C-NEMS, to: (i) fotolitografia prekursora polimeru bogatego w węgiel oraz (ii) piroliza prekursora polimeru o wzorzystym wzorze.

Wytwarzanie węglowych systemów mikroelektromechanicznych 3D (C-MEMS)

Tutaj opisujemy protokół do addytywnego wytwarzania czarno-białych komponentów z tlenku cyrkonu za pomocą termoplastycznego druku 3D (CerAM - T3DP) i wspólnego spiekania bez wad.

Wielomateriałowe komponenty na bazie ceramiki – produkcja addytywna czarno-białych komponentów cyrkonowych metodą termoplastycznego druku 3D (CerAM - T3DP)

To badanie pokazuje wielomateriałową produkcję addytywną (AM) przy użyciu produkcji topionych włókien (FFF) ze stali nierdzewnej i tlenku cyrkonu.

Produkcja stopionych włókien (FFF) elementów metalowo-ceramicznych

Osiągnięcie wysokiej jakości styków Schottky'ego jest niezbędne do osiągnięcia efektywnej modulacji bramki w tranzystorach polowych o heterostrukturze (HFET). Przedstawiono metodologię wytwarzania i charakterystykę diod Schottky'ego na zn-polarnych heterostrukturach BeMgZnO/ZnO z dwuwymiarowym gazem elektronowym o dużej gęstości (2DEG), hodowanymi metodą epitaksji wiązki molekularnej wspomaganej plazmą na matrycach GaN.

Wytwarzanie diod Schottky'ego na zn-polarnej heterostrukturze BeMgZnO/ZnO wyhodowanej metodą epitaksji molekularnej wspomaganej plazmą

Poznaj metodę wytwarzania nanostrukturalnych rusztowań YSZ w wysokiej temperaturze przy użyciu szablonowania węglowego. Technika ta generuje ceramikę o powierzchni 80 razy większej niż tradycyjne metody.

Wytwarzanie w wysokiej temperaturze nanostrukturalnych rusztowań z tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (YSZ) przez kserogony węglowe in situ (Wideo) | JoVE Journal

Wytwarzanie w wysokiej temperaturze nanostrukturalnych rusztowań z tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (YSZ) przez kserogony węglowe in situ

Przeglądaj więcej filmów