$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Изготовление YSZ встраиваемый сотовых анода Mesh
- Взвесить две порции по 0,2 г порошка YSZ.
- Сжать одну партию YSZ порошка в цилиндрической формы из нержавеющей стали (13 мм в диаметре) с одноосной сухой прессе под давлением 50 МПа в течение 30 сек.
- Вырезать <1-см кусок Ni сетку и поместите его на поверхность YSZ диска внутри формы.
- Добавить другие 0,2 г порошка YSZ в верхней части Ni-сетка внутри формы и выровнять поверхность порошка использованием оперативной памяти.
- Одноосно нажмите Ni сетка зажатая между пакетами порошка YSZ при давлении 300 МПа в течение 30 сек.
- Извлечение нажатии Ni / YSZ гранул из формы.
- Пожар осадок на 1440 ° C в течение 5 часов в тигле циркония помощью горизонтальной печи трубы с проточной атмосфере восстановительного газа (4% H 2 / BAL. Ar).
2. Экспозиция, полировки, и модификации электродов Mesh Ni
- Механиксоюз вкалывает одно лицо спеченного образца YSZ с помощью 6 мкм алмазное зерно, пока поверхность Ni сетки выявлено.
- Далее полировать открытой поверхности Ni сетки с использованием 3 мкм, 1 мкм и 0,1 мкм алмаз СМИ в воде / этиленгликоля подвески в течение приблизительно 1 мин на каждой полировки шаг.
- Ультразвуковой очистки полированного образца в ацетон, этанол и DI воды в течение 10 минут каждый.
- Высушите образец под чистым потоком сжатого воздуха.
- Для Ni сетка с увеличенным коксующегося сопротивление, огонь образца при 1200 ° C в течение 2 часов в восстановительной атмосфере в присутствии, но не в контакте, BaO порошка.
3. Подготовка и электрохимических испытаний Полный клетки
- Кисть-краска Ag пасты на противоположной поверхности образца YSZ от Ni-сетки в качестве контр-электрода.
- Присоединить провода гибкой Ag в борьбе с использованием электродов Ag пасты.
- После высыхания пасты Ag на SAMPLе при 120 ° C в духовке в течение 30 мин, подключить 0,2-мм Ag провод к Ni-Ag сетку, используя пасту на чаевых.
- Высушите образец снова при 120 ° С в духовке в течение 30 мин.
- Печать клетки (Ni сетку вниз) на вершине 3/8 дюйма керамические трубки прибора ячейки с помощью Aremco печать 552 (Ceramabond).
- Разрешить герметик высохнуть на воздухе в течение 2-4 часов.
- Соединение двух изолированных проводов серебро каждого из двух проводов электрода.
- Установить ячейку прибора в трубчатой печи, подключить прибор к газовой линии, и прикрепить провода к соответствующим оборудованием тестирования электрохимической.
- Начать поступать ультра-высокой степени чистоты (99,999%) H 2 газа через ячейку прибора в размере 50 SCCM, газ должен быть пропускают через водой комнатной температуры, чтобы увлажнить газ до 3% об. H 2 O до входа в ячейке прибора.
- Нагрейте печь с установленной ячейки до 100 ° С в течение 2 ч, затем 260 ° C в течение 1 часа, а затем, наконец, 800 ° Cна наращивает скоростью 1 ° C при непрерывном течет Н 2 в течение всего отопления, чтобы избежать окисления Ni электроде. Первые два шага отопления для лечения Ceramabond.
- Держите ячейку в печи при температуре 800 ° C в течение 2 часов, чтобы позволить Ag противоположного электрода для агломерата.
- Охладить клетке слегка до 767 ° C для тестирования производительности электрохимической.
- После тестирования, осторожно удалите ячейку прибора из печи для закалки при комнатной температуре, продолжая течь увлажненной H 2. (Внимание: Используйте соответствующие средства индивидуальной защиты для работы с очень горячей керамики, такие как тепловые перчатки и коврики)
- Снять ячейку от прибора для пост-характеристику, отсоединив провода электрода и тщательно разделения клетки от Ceramabond герметиком.
* На рисунке 1 представлена схема YSZ встраиваемый ячейки сетки Ni, наряду с типичными фотографии и оптические микрофотографии встроенныйMesh.
* Для нашего исследования, клетки электрохимически характеризуется EG & G PAR потенциостате (модель 273а) в сочетании с Solartron 1255 HF частотной характеристики анализатора использованием CorrWare и ZPlot программного обеспечения (Scribner и Associates). Линейная вольтамперометрия развертки и постоянного напряжения амперометрии были использованы для характеристики ячейки производительности и импеданс-спектров были приобретены в диапазоне частот от 100 кГц до 0,1 Гц с амплитудой 10 мВ. Для серы исследовании отравлений, сертифицированной газовой смеси 100 частей на миллион H 2 S в H 2 смешивают в потоке горючего газа с чистой H 2, чтобы получить 20 страниц в минуту H 2 S / H 2 смеси.
4. После испытания комбинационного Spectromicroscopic карт
- Прикрепите образец клеток с сетчатым анодом вверх на комбинационного пластины столик микроскопа с лентой или клеем, чтобы предотвратить образца движения во время комбинационного анализа.
- Использование микроскопа и XYZ этапенайти границе раздела Ni сетки и YSZ подложки.
- Принесите лазера в фокусе путем переключения микроскопом фильтры и точная настройка Z координат сцены.
- Установить спектрометр комбинационного рассеяния для получения спектров в узлах прямоугольной сетки наложения области интерфейса с интервалом 2 мкм разделения узлов. Спектры должны быть сосредоточены вокруг волнового числа (ы), соответствующий комбинационного режима (ы) вида или фаза (ы) интересов. В этом случае, 980 см -1 выбрана для SO х.
- Для каждого спектра, интегрировать интенсивности по комбинационного режима (ы) интерес и разделить интенсивность плоским базовым с тем же спектром. Относительная интенсивность может быть построена в контурной / цвет карты в связи с ее координатами.
Комбинационного spectromicroscopy проводилось с использованием Renishaw RM1000 система оснащена Modu-Laser StellarPro 514 нм Ar-ионный лазер (5 мВт) и Thorlabs HRP170 633 нм гелий-неонового лазера (17 мВт). Система оснащена моторизованной этапе XYZ (До Научно H101RNSW) и 50Х объектив, которые вместе позволяют ~ 2 резолюции отображение мкм. Renishaw проволока 2,0 программного обеспечения был использован в сочетании с аппаратными средствами. Данные были обработаны с использованием MATLAB (MathWorks).
5. На месте комбинационного Мониторинг коксующегося 8
- Прикрепить YSZ встраиваемый Ni сетки образец комбинационного этапе камеру с помощью Ag паста с сеткой вверх.
- Нагрейте открытой камерой до 300 ° С в течение 1 часа, чтобы высохнуть и устранить подвески Ag пасты среды.
- Заглушка комбинационного камеры и прикрепить его к комбинационного столик микроскопа. Используйте микроскоп, чтобы найти Ni / YSZ интерфейс, как описано в протоколе 4.2.
- Начало течет 4% H 2 / Ar газа увлажненной водой барботер через камеру на ~ 100 SCCM.
- Нагрейте комбинационного камеры до 625 ° C.
- Принесите лазера в фокусеи сбор исходных комбинационного сканы из пятен на Ni сетки и YSZ субстрата в 150-2000 см -1.
- Представьте 3-5% C 3 H 8 в поток газа и сбора спектров комбинационного рассеяния от Ni через регулярные промежутки времени, а газ течет соблюдать осаждения углерода на поверхности в течение долгого времени (например, 15 часов).
- Охладите образец медленно (5 ° C / мин) в проточной 4% H 2 / Ar.
* На месте комбинационного анализ был проведен с помощью специального модифицированного Harrick Научно высокой температуры реакции chamber.The камера оснащена кварцевым окном крышки, газовые соединения, а линия охлаждения. Схема и фотография представлена на рисунке 2.
ВНИМАНИЕ: Охлаждающая вода должна быть использована для защиты оптического микроскопа комбинационного рассеяния системы от нагрева!
6. Наноразмерных визуализации коксующегося с помощью АСМ и EFM
- Польские одной стороной 1 см х 1 мм квадратный купон никеля до класса 0,1 мкм, как описано в протоколе 2.2.
- В кварцевой трубке картонных печи, подвергать полированные купон никеля потока газа, содержащего 10% C 3 H 8 уравновешивается Ar при 550 ° С в течение 1 мин, газ должен быть пропускают через водой комнатной температуры, чтобы увлажнить газа до 3 % об. H 2 O до входа в кварцевую трубку.
- Удаление образца из печи. Осмотрите морфологии поверхности с помощью оптической микроскопии и сканирующей электронной микроскопии.
- Установить образец на металлическую шайбу с помощью липкой ленты медной проводящей для АСМ и EFM исследования.
- Сбор морфологии изображение с помощью АСМ в Tapping Mode.
- Установка N-типа на основе Si АСМ (NSC16) или проводящих АСМ (CSC11/Cr-Au) на электрическую держателя (MMEFCH).
- Сканирование поверхности образца в "Lift Mode", в котором кончик сначала собирает топографическую информацию о своей первой поездке по всей поверхности образца и йан чувств фазовый угол на своей второй поездки для электростатического информация силу. Набор высоты подъема первоначально до 100 нм, и постепенно уменьшить это значение до примерно такое же значение шероховатости поверхности (20-30 нм).
- Через понятным интерфейсом между коксующихся и чистая область поверхности никеля, собирать серию linescans EFM при изменении образца смещения.
- Сравнивая EFM linescans при различных потенциалах смещения образца, определить напряжение, при котором контраст фазового угла переворачивается 21.
- Собери картинку с образцом смещения, 1-2В отрицательный относительно точки переключения, и другое изображение с образцом смещения, 1-2В положительное относительно точки переключения.
- Сравнивая изображения рельефа, а также два набора EFM изображений в различные предубеждения образца, получать карты распределения углерода и никеля фазы на образец. * Для нашего анализа СЗМ, Наноскоп Veeco IIIA система была использована. Схема принципа работы EFM анализа23, 24 показано на рисунке 3.