Name: tarafından Nano yapılı yitriya stabilize-Zirkonyum (YSZ) iskelelerinin Yüksek Sıcaklık Fabrikasyon Situ Karbon şablonu Kserojeller (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 13 s
Description: Keşfedin, karbon şablonlama ile yüksek sıcaklıklarda nanoyapılı YSZ seramiklerinin üretimini. Bu yöntem, geleneksel tekniklere göre 80 kat daha fazla yüzey alanı oluşturur ve malzeme mühendisliği araştırmalarında yeni olanaklar sunar.

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

Bu çalışma Wake Forest Kimya Bölümü ve Wake Enerji, Çevre için Orman Merkezi ve Sürdürülebilirlik (CEES) tarafından desteklenmiştir. Biz Charles Mooney ve SEM görüntüleme ile yardım için North Carolina State Üniversitesi Analitik Enstrümantasyon Tesisi teşekkür ederim.

1. Hazırlama Kserojel peletler <ol><li> Jel sentezi <ol><li> 500 mL&#39;lik bir behere 25 mm&#39;lik bir manyetik karıştırma çubuğu ve deiyonize su 113 ml ekleyin. Manyetik bir girdap meydana gelmez en yüksek oranda deiyonize su karıştırın. </li><li> Yavaş yavaş küçük artışlarla deiyonize suya susuz zirkonyum klorür 13.05 g (0.056 mol) ilave edin. Susuz zirkonyum klorür tamamı çözünene sonra çözeltiye glukoz 53.29 g (0.296 mol) ilave edin. </li><li> glukoz her çözelti içinde çözündükten sonra, çözeltiye itriyum nitrat heksahidrat 3.73 g (0.01 mol) ilave edin. ~ 700 rpm manyetik karıştırma hızını artırmak ve çözelti içinde çözünmesi için itriyum nitrat heksahidrat tüm bekleyin. </li><li> çözeltiye propilen oksit 42 mL ekleyin. propilen oksit sulu çözeltisi ile karıştırmak için ~ 700 rpm&#39;de karıştırmaya devam edin. propilen oksit sulu çözeltisi (~ 10 saniye) ile karıştırıldığında, manyetik karıştırma t azaltmak-150 rpm o. </li><li> Manyetik bir karıştırma çubuğu jel oluşumuna bağlı hareket etmeyi durdurana kadar karıştırmaya devam edin. Jel, tipik olarak 3 dakika içinde meydana getirir. NOTLAR: deiyonize su, susuz zirkonyum klorür eklenmesi ekzotermik bir reaksiyondur ve çok hızlı bir şekilde ilave edilmesi durumunda, susuz zirkonyum klorür plume olacaktır. Bölüm 1.1&#39;de verilen bir formülasyon. toplam metallerin (zirkonyum + itriyum) 4.5 molar oranında bir glukoz karşılık gelir: 1. 1, 2.25: 1, ve 4.5: temsili sonuçlar bölümünde 0 toplam metallerin mol oranları glikoz için verileri içeren 1. formülasyon içindeki glikoz miktarı, sadece çözelti içinde glukoz çözünürlüğü ile sınırlıdır. Referans olarak, 20 ° C&#39;da su içinde glikoz en yüksek çözünürlük 47.8 ağırlık% &#39;dir. 15 </li></ol></li><li> Yaşlanma ve Jel Yıkama <ol><li> Sıkıca Parafilm jel içeren beher kapağı ve oda sıcaklığında kapalı bir beher bırakarak 24 saat boyunca yaş izin. </li><li> beher kapağını çıkarın ve jelin üstünde sıvı süzün. </li><li> sıkı Parafilm ile beher kapak, jel içeren bekere mutlak etanol 300 mL ve 24 saat için oda sıcaklığında kapalı beher bırakın. </li><li> Adımı tekrar 1.2.3 72 saatlik bir toplam süre zarfında, üç etanol yıkama olmak üzere toplam iki kere daha. </li></ol></li><li> Bir Kserojel içine Jel Kurutma <ol><li> beher jel çıkarın ve bir laboratuar ıspatulasını kullanılarak (en dış çapı 24 cm), 2 L&#39;lik porselen buharlaştırılması çanak içine koyun. </li><li> Bir spatula ile yaklaşık 1 cm x 1 cm parçalar halinde jel kırmak ve buharlaştırılması tabak yüzeyinden adet üzerinde yayıldı. </li><li> Jel parçaları, bir hafta ya da jel kuruyana kadar çevre şartlarında kurumaya olsun. ince bir toz haline zaman jel kuru olarak kabul edilir. </li><li> bir havan ve havan tokmağı ile ince toz haline kuru jel tüm öğütün. NOT: Jel kuruduktan sonra, öyleortam koşulları altında kurutulmuştur için bir kserojel olarak. </li></ol></li><li> Bir Pelet içine kserojeli basılması <ol><li> 13 mm&#39;lik bir çapa sahip olan silindirik bir pelet pres kalıbına kserojel tozu, 1 g yerleştirin. </li><li> Bir hidrolik pres kullanılması, topak haline kserojel jel basın kuvvet 22 kN 90 s geçerlidir. </li><li> Yavaşça basın tarafından uygulanan kuvveti serbest bırakın. Yavaş yavaş topak kalıptan dışarı pelet çıkarmak ve daha sonra dikkatli bir şekilde pelet çıkarın. </li></ol></li></ol> 2. İnert atmosfer içinde Kserojel Pelet Sinterleme <ol><li> Bir alüminyum oksit ya da yitriya stabilize edilmiş zirkonya plakasına kserojel pelet yerleştirin ve bir tüp fırının merkezine plaka yük. </li><li> üçte bir dakikada çalışan borunun hacmi oranında argon akış. Bu, 750 mL argon akış hızına tekabül min -1 Bu çalışmada kullanılan çalışma borusu için. Davlumbaz gaz çıkışını Vent. </li><li> en az 15 dakika, b, argon akımıtüp fırın ısı başlangıç ​​DONANIMI. </li><li> sürekli olarak sabit bir hızda, program aşağıdaki ısıtma şemasına tüp fırın sıcaklık kontrol argon akarken: <ol><li> 15 dakika oda sıcaklığında tutun. </li><li> 5 ° C&#39;lik bir rampa oranında 850 ° C&#39;ye kadar ısı min -1. </li><li> 2 ° C dak-1 olan bir rampa oranında arzu edilen sinterleme sıcaklığına ısıtın. </li><li> 2 saat için istenen sinterleme sıcaklığında tutun. </li><li> 2 ° C&#39;lik bir rampa oranında 850 ° C&#39;ye soğutun min -1. </li><li> 5 ° C dak-1 olan bir rampa oranında, oda sıcaklığına soğutun. </li></ol></li><li> programı ve tüp fırın bölüm 2.3&#39;de verilen zamanlama aşağıdaki kadar ısınmakta olduğu bir kez daha kontrol başlatın. </li><li> Isıtma programı tamamlandıktan sonra boru fırın pelet çıkarın. </li></ol> 3. belirlenmesi karbon Şablon Konsantrasyon <ol><li> üzerinden bir ~ 50 mg parça kesinbir maket bıçağı ile sinterlenmiş kserojel pelet ve bir akik havan ve havan tokmağı ile ince toz haline öğütülür. </li><li> Termogravimetrik analiz için, bir alüminyum oksit, numune fincan içine ince bir toz yer ~ 50 mg. </li><li> Termogravimetrik analiz (TGA) kullanılarak, 10 ° C&#39;lik bir oranda örnek ısı min -1 çevre sıcaklığından 100 mL&#39;lik bir hızda numune üzerinden hava akarken 1200 ° C&#39;ye kadar min -1. </li><li> 350 ° ~ C arasında ve ~ 700 ° C meydana ağırlığındaki yüzde değişim hesaplayın. Bu ağırlık yüzde numunedeki toplam karbon muhteviyatına tekabül eder. Not: bir ağırlık artışı 700 ° C aralığında, 350 ° C&#39;de ortaya çıkarsa, bir karbit fazı oluşur ve karbon içeriğinin hesaplanması daha karmaşıktır. Bu durum için, literatürde tarif hesaplamalara bakınız. 14 Karbon element analizi karbon içeriği TGA ölçümleri hesaplanabilir onaylamak için kullanılmıştır. </li></ol> 4. Hazırlama Yüksek Yüzey Alanlı YSZ İskele Karbon Şablon Kaldırma tarafından <ol><li> bir alümina kroze içinde sinterlenmiş kserojel pelet yerleştirin. </li><li> 2 saat boyunca 700 ° C &#39;de bir kutu fırın içine pota yerleştirin. </li><li> Dikkatle paslanmaz çelik pota maşa ile kutu fırından sıcak pota kaldırmak ve gözenekli, beyaz YSZ iskeleyi çıkarmadan önce bir saat boyunca oda sıcaklığına soğumaya bırakın. </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>

Biz ifşa hiçbir şey yok.

Bu yerinde yapılan karbon şablon yaklaşım ile, bir oluşturabilir ve geleneksel seramik iskele sinterleme sıcaklıklarında karma metal oksitler olarak nanomorphology korur. Elde edilen yüzey alanları katı kadar 80 geleneksel olarak sinterlenmiş iskeleler daha yüksek ve karmaşık depolama teknikleri ile imal iskeleler daha yüksek 4 kat kadar vardır. 14 propilen oksit-glukoz jel sistemi, bir sistematik 10 hacim% karbon ve hemen hemen 100 hacim% &#39;si karbon arasında, karbon şablon konsantra...

katı oksit yakıt hücresi (SOFC), temiz elektrik gücünün verimli üretimi için alternatif bir enerji dönüştürme teknolojisi gibi büyük gelecek vaat etmektedir. 1 kaydadeğer ilerleme araştırma ve bu teknolojinin geliştirilmesinde yapılmıştır; Öte yandan, elektrot performansında iyileştirmeler hala güvenilir ticarileştirilebilmesi için ihtiyaç vardır. elektrot genellikle iskele yüzeyi üzerinde dekore elektro parçacıklar ile gözenekli bir seramik yapı iskeleti içerir. Araştırmanın büyük bir vücut performansı, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 geliştirmek için elektrokatalitik parçacıkların yüzey alanını artırmak odaklanmıştır ancak iskele yüzey alanının arttırılması ile ilgili çok az araştırma vardır. iskele yüzeyinin arttırılmasıbunlar 1.500 ° C&#39;ye kadar yüksek sıcaklıklarda 1100 ° C&#39;de sinterlenmiş çünkü alan zordur. Geleneksel sinterlemeyle iskeleleri, tipik olarak 0.1-1 m 2-g-1 arasında bir özgül yüzey alanına sahiptir. 8, 9, 10, 11 iskele yüzey alanını arttırarak birkaç raporlar vardır. Bir durumda, bir geleneksel sinterlenmiş iskele yüzey alanı, 2 m 2-g-1 arasında bir özgül yüzey alanı elde, hidroflorik asit kullanılarak erime ve iskele yüzeyinin çökeltme ile geliştirilmiştir. Başka bir 12, yüksek sıcaklık, 20 m 2-g-1 arasında bir özgül yüzey alanı elde, darbeli lazer birikimi kullanılarak tamamen kaçınıldı. Bizim tekniğinin gelişmesi arkasında 13 mantık düşük maliyetli imalat yaratmaktıgörülmemiş iskele yüzey alanları sağlar ve işlem kolayca kabul edilebilmesi için geleneksel sinterleme sıcaklıkları kullanır süreci. Teknik burada rapor ile 80 m2 kadar iskele yüzey alanları-g -1 geleneksel sinterleme sıcaklıklarında geçerken işleme gösterilmiştir. 14 Araştırmamız öncelikle SOFC elektrot mühendisliği motive edilir, ancak teknik daha geniş bir uygulama diğer alanlarda ve uygulamalarda etmektir. Genel olarak, in situ karbon şablon yöntemi nano yapılı, toz ya da gözenekli yapı iskeleti şeklinde yüksek yüzey alanlı karma metal seramik malzeme üretebilen esnek bir sistemdir. Bu karma metal seramik bileşimi, yüzey alanı, gözenek ve gözenek boyutu, tüm sistematik olarak ayarlanabilir olması ile esnektir. Yüksek sıcaklıklar genellikle karma metal seramik istenen faz oluşturmak için gereken ve bu yaklaşım ağırlık seramik nanomorphology muhafaza edilirhile sağlayan bir esas olarak herhangi bir işleme sıcaklığı seçmek. Bu yöntem, organik içeriğe iyi oluşturan metal iyonlarının orantılar hesabına ve inorganik oranı ile, bir hibrit organik ya da inorganik, propilen-oksit-bazlı jel sentezini kapsamaktadır. Jel bir kserojel oluşturacak şekilde çevre koşulları altında kurutulur. kserojel istenen sıcaklıkta bir argon atmosferinde sinterlenir. Isıtma üzerine, organik bileşenin sinterleme süresince devam yerinde bir karbon şablonu, geride bırakarak parçalanır. C şablonu sonra bir nano yapılı, yüksek yüzey alanlı seramik sonuçlanan havada düşük ısı derecesi ile çıkarılır.

<table><tbody><tr><td>Zirkonyum(IV) klorür, %99,5+Alfa</td> <td>Aesar</td><td>12104</td><td>Havaya duyarlı</td></tr><tr><td>Yttium(III) nitrat heksadidrat, %99,9</td> <td>Alfa Aesar</td><td>12898</td><td>Oksitleyici</td></tr><tr><td>D+ Susuz Glikoz, > %99,5</td> <td>ABD Biyolojik Yaşam Bilimleri</td><td>G3050</td><td></td></tr><tr><td>(&plusmn;)-Propilen Oksit, vb; % 99</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>110205</td><td>Son derece yanıcı</td></tr><tr><td>Etanol 200 Kanıt</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>Endüstriyel sınıf</td></tr></tbody></table>

tarafından nano yapılı yitriya stabilize-zirkonyum (ysz) iskelelerinin yüksek sıcaklık fabrikasyon<em&gt; situ</em&gt; karbon şablonu kserojeller

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

Ayarlanabilir yüzey alanları iskeleleri kadar 80 m 2-g-1 göre - Biz (92 mol% &#39;si zirkonyum YSZ,% 8 mol itriya) gözenekli, nano-yapılı yitriya stabilize edilmiş zirkonya-yüksek sıcaklık üretimi için bir yöntem ortaya koymaktadır. bir zirkonyum tuzu, itriyum tuzu ve glikoz sulu bir çözeltisi, bir jel oluşturmak için propilen oksit (PO) ile karıştırılır. Jel bir kserojel oluşturacak şekilde çevre koşulları altında kurutulur. kserojel peletler halinde preslenir ve sonra da bir argon atmosferinde sinterlenir. Sinterleme sırasında, bir YSZ seramik faz oluşur ve organik bileşenler, amorf karbon bırakarak ayrışırlar. In situ olarak oluşturulan karbon sıcaklığı sinterleme bir yüksek yüzey alanlı YSZ nanomorphology koruyarak sabit şablon olarak hizmet eder. C, daha sonra, gözenekli, nano yapılı YSZ iskele ile sonuçlanan düşük sıcaklıkta havada oksidasyon yoluyla çıkarılır. C şablonuna ve nihai iskele yüzey alanı konsantrasyonu, sistematik olabilirly jel sentezinde glikoz konsantrasyonunu değiştirilerek ayarlanabilir. C şablon konsantrasyonu, yüzey alanı ve gözenek boyutu dağılımı, fiziksel adsorpsiyon ölçümleri ile belirlenmiştir termogravimetrik analizi (TGA) ile ölçüldü ve morfoloji, tarama elektron mikroskobu (SEM) ile karakterize edilmiştir. Faz saflığı ve kristalit boyutu X-ışını difraksiyonu (XRD) kullanılarak tespit edilmiştir. Bu imalat yaklaşımı, bir yeni, seramik-bazlı elektro kimyasal enerji dönüşüm uygulamaları için benzersiz iskele yüzey alanları ve nanomorphologies gerçekleştirilmesi için esnek bir platform, örneğin, katı oksit yakıt pili (SOFC) elektrotlar içerir.

Faz saflığı daha önce Cottam ve arkadaşları tarafından rapor edilen X-ışını kırınımı (XRD) ile teyit edilmiştir. Karbon şablon konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak 14 YSZ iskele spesifik yüzey alanı Şekil 1 &#39;de gösterilmiştir. konsantrasyon sinterlenmiş kserojel topak toplam katı madde hacim yüzdesi olarak gösterilir. C şablon konsantrasyonu sistematik jel formülasyonu glikoz konsantrasyonunun artmasıyla artmaktadır. 4.5 i...

1000 ° C ve 1400 ° C arasındaki sıcaklıklarda, gözenekli, nano-yapılı yitria ile stabilize edilmiş zirkonya (YSZ) mn iskeleleri imal edilmesi için bir protokol verilmektedir.

tarafından Nano yapılı yitriya stabilize-Zirkonyum (YSZ) iskelelerinin Yüksek Sıcaklık Fabrikasyon<em&gt; Situ</em&gt; Karbon şablonu Kserojeller

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

Bu malzeme işleme yönteminin genel amacı, karbon şablonlamayı kullanarak hibrit malzemeleri in situ şeklinde işleyip tipik sinterleme sıcaklıklarında nanoyapılı seramikler oluşturmak ve korumaktır. Bu yöntem; seramik nanoyapıların denge durumundan uzak koşullar altında nasıl kontrol edileceği gibi, malzeme mühendisliği ve işleme alanlarındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, geleneksel tekniklere göre 80 kat daha fazla yüzey alanına sahip seramik malzemeler üretmesidir.Bu yöntem Yttria stabilize Zirkonya nanoyapıları hakkında bilgi sağlayabilse de, esasen herhangi bir karma metal oksit malzemeye de uygulanabilir. İlk olarak, 500 mililitrelik bir behere 25 milimetrelik bir manyetik karıştırıcı çubuk ve 113 mililitre deiyonize su ekleyin. Deiyonize suyu, vorteks oluşturmayacak en yüksek hızda karıştırın.13,05 gram susuz Zirkonyum Klorür'ü, küçük miktarlar halinde deiyonize suya yavaşça ekleyin. Zirkonyum Klorür'ün tamamı çözündükten sonra, çözeltiye 53,29 gram glikoz ekleyin. Glikozun tamamı çözündükten sonra, çözeltiye 3,73 gram Yttrium nitrat hekzahidrat ekleyin.Karıştırma hızını yaklaşık 700 RPM'ye çıkarın ve tüm katının çözeltide çözünmesini bekleyin. Bunun ardından, çözeltiye 42 mililitre propilen oksit ekleyin. Çözelti yeterince karıştığında, karıştırma hızını yaklaşık 150 RPM'ye düşürün.Manyetik karıştırıcı çubuk, jel oluşumu nedeniyle hareket etmeyi bırakana kadar karıştırmaya devam edin. Ardından, jelin bulunduğu beherin ağzını parafilm ile sıkıca kapatın. Jelin 24 saat boyunca olgunlaşmasını bekledikten sonra, parafilmi beherden çıkarın ve jelin üzerindeki sıvıyı dökerek uzaklaştırın.Ardından, jelin bulunduğu behere 300 mililitre absolut etanol ekleyin. Beheri parafilm ile sıkıca kapatın ve kapalı beheri 24 saat boyunca oda sıcaklığında bekletin. Önceki adımı iki kez tekrarladıktan sonra, jeli bir laboratuvar spatulası yardımıyla beherden çıkarıp iki litrelik porselen bir buharlaştırma kabına yerleştirin.Jeli spatula ile parçalara ayırın ve parçaları buharlaştırma kabının yüzeyine yayın. Jel parçalarının ortam koşullarında kurumasına izin verdikten sonra, elde edilen kserojeli agat havan ve eliyle ince bir toz haline getirin. Şimdi, bir gram kserojel tozunu 13 milimetrelik silindirik bir pelet pres kalıbına yerleştirin.Hidrolik pres kullanarak, xerogel jeli bir pelet haline getirmek için 90 saniye boyunca 22 kilo Newton kuvvet uygulayın. Pres tarafından uygulanan kuvveti yavaşça serbest bırakın. Ardından, peleti pelet kalıbından dikkatlice çıkarın.Kserojel peleti bir YSZ plaka üzerine yerleştirin ve plakayı bir tüplü fırının merkezine yükleyin. Gaz çıkışını bir çeker ocak vasıtasıyla tahliye ederek, en az 15 dakika boyunca çalışma tüpü hacminin dakikada üçte biri oranında Argon üfleyin. Sabit bir hızda sürekli Argon akışı sağlarken, tüplü fırın sıcaklık kontrol cihazını uygun ısıtma programına göre ayarlayın.Programı başlatın ve tüp fırınının belirlenen programa uygun olarak ısındığını tekrar kontrol edin. Isıtma programı tamamlandıktan sonra, peleti tüp fırından çıkarın. Bir maket bıçağı kullanarak, merkezdeki kserojel peletinden 50 milligramlık bir parça kesin.Ardından, kserojeli bir akat havan ve eliyle ince bir toz haline gelene kadar öğütün. Termogravimetrik analiz için Alumina numune kabına yaklaşık 50 miligram ince toz yerleştirin. Bir termogravimetrik analizör kullanarak, numunenin üzerinden dakikada 100 mililitre hava akışı sağlarken, numuneyi ortam sıcaklığından 1200 degrees Celsius'e kadar dakikada 10 degrees Celsius hızla ısıtın.Örnekteki toplam karbon içeriğine karşılık gelen, 350 ile 700 santigrat derece arasında meydana gelen ağırlık yüzdesi değişimini hesaplayın. Bu noktada, merkezlenmiş kserojel peleti bir Alümina potaya yerleştirin. Potayı 700 santigrat derecedeki bir kutu fırına iki saat boyunca yerleştirin.Sıcak potayı, paslanmaz çelik pota maşalarıyla kutu fırından dikkatlice çıkarın. Bir saat boyunca oda sıcaklığında soğumaya bıraktıktan sonra, gözenekli beyaz YSZ iskeleyi potadan çıkarın. YSZ iskeletinin spesifik yüzey alanının karbon şablon konsantrasyonuna bağlı değişimi burada gösterilmiştir.Karbon şablon konsantrasyonu ve spesifik yüzey alanı sırasıyla artan glukoz konsantrasyonu ve artan glukoz-metal molar oranıyla sistematik olarak artmaktadır. Termogravimetrik analizle belirlenen karbon şablon konsantrasyonu, sırasıyla sıfırda bir ve 4,5'te bire olan glukoz-metal molar oranları için toplam katıların ağırlıkça yüzde dördü ve ağırlıkça yüzde 64'ü idi. SEM görüntüleri, glukoz katkılı YSZ kserojel partiküllerinin, glukoz katkısız olanlara göre birkaç kat daha küçük olduğunu göstermektedir.Jele glikoz eklenmesiyle daha küçük partiküllerin oluşması, yüksek karbon içeriği ve yüzey alanlarıyla tutarlıdır. Glikoz-metal molar oranının bir fonksiyonu olarak YSZ iskele için en güçlü YSZ pikinin XRD desenleri burada gösterilmiştir. Molar oran arttıkça kristalit boyutu azalmıştır ve kristalit boyutu ilerlemesi, artan molar oranla birlikte gözlemlenen yüzey alanı artışıyla tutarlıdır.YSZ iskele gözenek boyutu dağılımının glikoz-metaller molar oranına bağlı değişimi, molar oran arttıkça gözenek sayısının ve boyutunun arttığını göstermektedir. Bu prosedürü uygularken, tüplü fırın boyunca inert gaz akışının sızdırmaz bir şekilde sürdürüldüğünden emin olmak önemlidir. Bu prosedürün ardından, burada geleneksel gözenekli iskelelere hibritlerin infiltrasyonu ile hazırlanan yapılarımızda olduğu gibi, diğer seramik yapılar da oluşturulabilir.Bu videoyu izledikten sonra, yüksek sıcaklıklarda seramik nano morfolojisinin nasıl oluşturulacağı, korunacağı ve kontrol edileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.

high-temperature-fabrication-nanostructured-yttria-stabilized

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Biz dikey hizalanmış karbon nanotüp (CNT), ve organize nano ölçekli yüzey dokusu ile polimer mikro üretimi için ana kalıp olarak kullanımı mikro desenli imalatı için yöntemler sunuyoruz. CNT ormanları önemli ölçüde ambalaj yoğunluğu artar ve 3D şekillerin kendi kendini yöneten oluşumunu sağlayan yüzey, üzerine çözücü yoğunlaşması ile yoğunlaştırılmış edilir.

3D Karbon Nanotube mikroyapılar, Üretimi, Yoğunlaştırma ve Replica Kalıp

Çeşitli işlemler karmaşık oksit ince filmlerin epitaksiyal büyümesi için atomik tanımlı şablonlar hazırlamak özetlenmiştir. Tek kristal SrTiO 3 (001) ve DyScO 3 kimyasal işlemler (110), alt-tabakalar atomik olarak pürüzsüz, tek sonlu yüzeyler elde etmek için yapıldı. Ca 2 Nb 3 O 10 - nanosheets keyfi yüzeylerde atomik tanımlı şablonlar oluşturmak için kullanıldı.

Karmaşık Oksit İnce Filmlerin Epitaksiyel Büyüme için atomik Tanımlı Şablonlar

Bu protokol, (HEBM) tekniğini freze kısa süreli yüksek enerjili topu kullanılarak gazsız nanoyapılı enerjik malzemeler (Ni + Al, Ta + C, Ti + C) 'nin hazırlanmasını tarif etmektedir. Aynı zamanda, mekanik olarak imal edilmiş, nanokompozitlerin reaktivitesini incelemek için yüksek hızlı termal görüntüleme yöntemi tarif etmektedir. Bu protokoller, diğer reaktif nano yapılı enerjik malzemeler uzatılabilir.

Hazırlık ve Gazsız nanoyapılı reaktivitesi Enerjik Malzemeler

Bu rapor, oda sıcaklığında safir yüzeyler üzerine itriyum demir garnet kalın film aerosol birikimi gerçekleştirmek için özel olarak inşa edilen sistemin kullanımı anlatılmaktadır. yatırılan filmler tekniğin yetenekleri temsili bakışını vermek için taramalı elektron mikroskobu, profilometri ve ferromanyetik rezonans kullanılarak karakterize edilir.

Aerosol Birikimi Kullanarak Kalın Yoğun Yttrium Iron Garnet Filmleri oluşumu

Pr ile homojen olmayan bir şekilde katkılı polikristalin SrTiO3 seramiklerinin sentezi ve işlenmesi için bir protokol, termoelektrik özelliklerinin araştırılmasıyla birlikte sunulmuştur.

Muntazam olmayan biçimde Pr-katkılı SrTiO sentezi<sub&gt; 3</sub&gt; Seramik ve Bunların termoelektrik Özellikleri

Burada, CdSSe dalları dikey olarak hizalanmış ZnO nanotellerin yetiştirilen yeni ağaç benzeri hiyerarşik ZnO / CdSSe nano hazırlamak ve karakterize eder. Ortaya çıkan nanotrees güneş enerjisi dönüşüm ve diğer opto-elektronik cihazlar için potansiyel bir malzemedir.

Hiyerarşik ZnO / CdSSe Heteroyapı Nanotrees sentezi

Kıvılcım plazma sinterleme aparatı aracılığıyla yüksek basınç ve hızlı ısıtma hızında stronsiyum titanat bikristallerinin oluşumu için uygun bir teknik geliştirilmiştir.

Stronsiyum Titanate Bicrystals Oluşumunda Kullanılan Plazma Sinterleme Aparatı Spark

Uzun ve içi boş camsı karbon mikroelyafları, doğal bir ürünün, insan saçının pirolizine dayalı olarak imal edilmiştir. Karbon mikroelektromekanik ve karbon nano elektromekanik sistemlerin veya C-MEMS ve C-NEMS'nin iki üretim aşaması şunlardır: (i) karbon açısından zengin bir polimer öncüsünün fotolitografisi ve (ii) desenli polimer öncüsünün pirolizi.

3D Karbon Mikroelektromekanik Sistemlerin (C-MEMS) İmalatı

Burada additively siyah-beyaz zirkon bileşenleri üretim termoplastik 3D baskı tarafından (CerAM - T3DP) ve kusur-Alerjik Co sinterleme için bir protokol açıklayın.

Çoklu malzeme Seramik tabanlı bileşenler-katkı siyah-beyaz zirkon bileşenleri termoplastik 3D baskı tarafından (CerAM - T3DP) üretim

Bu çalışmada gösterir çok maddesel katkı imalat kullanıyorum erimiş filaman imalatı (FFF) Paslanmaz çelik ve zirkon.

Erimiş filaman imalatı Metal-seramik bileşenler (FFF)

Yüksek kaliteli Schottky kişiler kazanma verimli kapısı modülasyon heterostructure alan etkili transistörler (HFETs) içinde ulaşmak için şarttır. Biz imalat metodolojisi ve GaN şablonları temel moleküler ışın plazma destekli epitaxy tarafından yetiştirilen Schottky diyotlar Zn-kutup BeMgZnO/ZnO heterostructures yüksek yoğunluklu iki boyutlu elektron gaz (2DEG), ile üzerinde özellikleri mevcut.

Moleküler ışın plazma destekli Epitaxy tarafından yetiştirilen Zn-kutup BeMgZnO/ZnO Heterostructure üzerinde Schottky diyotlar imalatı

Keşfedin, karbon şablonlama ile yüksek sıcaklıklarda nanoyapılı YSZ seramiklerinin üretimini. Bu yöntem, geleneksel tekniklere göre 80 kat daha fazla yüzey alanı oluşturur ve malzeme mühendisliği araştırmalarında yeni olanaklar sunar.

tarafından Nano yapılı yitriya stabilize-Zirkonyum (YSZ) iskelelerinin Yüksek Sıcaklık Fabrikasyon Situ Karbon şablonu Kserojeller (Video) | JoVE Journal

tarafından Nano yapılı yitriya stabilize-Zirkonyum (YSZ) iskelelerinin Yüksek Sıcaklık Fabrikasyon

Daha fazla video keşfet