تطبيق مواد الأقطاب السالبة القائمة على السيليكون في بطاريات الليثيوم أيون
مع التطور القوي لمركبات الطاقة الجديدة وتخزين الطاقة والأسواق الأخرى، يستمر حجم السوق والمستوى الفني لبطاريات الليثيوم ومواد الأقطاب السالبة في التحسن. في الوقت الحاضر، تقترب السعة النوعية لمواد الأقطاب السالبة الجرافيتية التجارية من السعة النوعية النظرية لمواد الجرافيت، كما تسارع التطبيق التجاري لمواد الأقطاب السالبة القائمة على السيليكون.
أصبحت مواد الأقطاب السالبة القائمة على السيليكون نقطة ساخنة في أبحاث مواد الأقطاب السالبة لبطاريات الليثيوم أيون بسبب سعتها النوعية النظرية العالية للغاية. السعة النوعية النظرية لمواد الأقطاب السالبة السيليكونية أعلى بكثير من تلك الخاصة بمواد الأقطاب السالبة الجرافيتية التجارية، والجهد العامل معتدل، مما يجعل مواد الأقطاب السالبة القائمة على السيليكون تتمتع بمزايا كبيرة في تحسين كثافة طاقة البطارية. ومع ذلك، فإن تمدد وانكماش حجم السيليكون أثناء الشحن والتفريغ كبير جدًا، مما يؤدي إلى تشقق المواد وتفتتها، فضلاً عن السماكة المستمرة لفيلم SEI، مما يؤثر بشكل خطير على استقرار الدورة وأداء معدل البطارية.
من أجل حل عيوب مواد الأقطاب السالبة القائمة على السيليكون في تطبيقات بطاريات الليثيوم أيون، اقترح الباحثون مجموعة متنوعة من الطرق التقنية، بما في ذلك تكنولوجيا النانو، وتكنولوجيا المواد المركبة، والتصميم الهيكلي، وتعديل السطح، وتحسين الإلكتروليت، والليثيوم المسبق، والسيليكون المسامي وسبائك السيليكون، إلخ.
تغطي هذه الطرق التقنية جميع المراحل من البحث المختبري إلى التطبيق الصناعي، وتخفيف مشكلة التوسع في الحجم من خلال تكنولوجيا النانو والمواد المركبة، وتحسين الموصلية والاستقرار من خلال التصميم الهيكلي وتعديل السطح، وتعزيز الأداء العام للبطارية من خلال تحسين نظام الإلكتروليت. يمكن لتكنولوجيا الليثيوم المسبق تحسين الكفاءة الكولومبية الأولية، ويساعد هيكل السيليكون المسامي في تخفيف تغيرات الحجم، ويمكن أن يوفر السيليكون السبائكي سعة واستقرارًا أعلى. ومن المتوقع أن يحقق التطبيق الشامل لهذه الطرق التقنية مواد أقطاب سالبة عالية الأداء وطويلة العمر ومنخفضة التكلفة قائمة على السيليكون، وتعزيز شعبيتها على نطاق واسع في التطبيقات العملية.
في الوقت الحاضر، تعد مواد السيليكون والكربون ومواد السيليكون والأكسجين الطريقتين التقنيتين الرئيسيتين للأقطاب السالبة القائمة على السيليكون.
من بينها، تشتهر مواد الأقطاب السالبة المصنوعة من السيليكون والكربون بكفاءتها العالية في أول كولومب، ولكن دورة حياتها تحتاج إلى التحسين. من خلال تحقيق الحجم النانوي لمواد السيليكون، يمكن تقليل مشاكل التمدد والكسر الناتجة أثناء عملية الشحن والتفريغ، وبالتالي تعزيز دورة حياتها بشكل أكبر. من الناحية النسبية، الميزة الرئيسية لمواد الأقطاب السالبة المصنوعة من السيليكون والأكسجين هي استقرار الدورة الممتاز، على الرغم من أن الكفاءة الأولى منخفضة. ومع ذلك، من خلال اعتماد وسائل تقنية مثل الليثيوم المسبق، يمكن تحسين كفاءتها الأولى بشكل فعال.
من حيث التطبيقات التجارية، حاليًا، تشمل التطبيقات التجارية الرئيسية لمواد الأقطاب السالبة القائمة على السيليكون أكسيد السيليكون المغلف بالكربون، وكربون السيليكون النانوي، وأسلاك السيليكون النانوية وسبائك السيليكون غير المتبلورة. من بينها، يتمتع أكسيد السيليكون المغلف بالكربون وكربون السيليكون النانوي بأعلى درجة من التسويق، وعادة ما يتم خلطهما مع الجرافيت بنسبة 5٪ -10٪. في السنوات الأخيرة، يتم تصنيع مواد الأقطاب السالبة القائمة على السيليكون تدريجيًا.
في مجال البطاريات ذات الحالة الصلبة، تعتبر مواد الأقطاب السالبة القائمة على السيليكون واحدة من اتجاهات التطوير الرئيسية لمواد الأقطاب السالبة للبطاريات ذات الحالة الصلبة بسبب كثافتها العالية للطاقة النظرية وأدائها الممتاز في الشحن والتفريغ السريع وأدائها الممتاز في مجال السلامة.
مادة أساسية للاتصالات من الجيل التالي: تانتالات الليثيوم
مع التطور السريع لإنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا البيانات الضخمة، تم استخدام تانتالات الليثيوم (LiTaO3) على نطاق واسع في معالجة الإشارات الرقمية واتصالات الجيل الخامس والتوجيه وأجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء وغيرها من المجالات بسبب خصائصه الممتازة مثل الكهرباء الضغطية والبصريات الصوتية والبصريات الكهربائية. يعتبر فيلمه البلوري المفرد مادة جديدة مطلوبة بشكل عاجل لتطوير أجهزة جديدة في عصر ما بعد مور.
تانتالات الليثيوم هي مادة بلورية متعددة الوظائف ذات أداء ممتاز. لها بنية إلمينيت وهي عديمة اللون أو صفراء فاتحة. المواد الخام البلورية وفيرة، وأداؤها مستقر، وسهلة المعالجة. يمكنها إنتاج بلورات مفردة عالية الجودة وكبيرة الحجم. يمكن استخدام بلورات تانتالات الليثيوم المصقولة على نطاق واسع في تصنيع أجهزة الاتصالات الإلكترونية مثل الرنانات ومرشحات السطح والمحولات. إنها مادة وظيفية لا غنى عنها في العديد من مجالات الاتصالات الراقية مثل الهواتف المحمولة واتصالات الأقمار الصناعية والفضاء الجوي.
التطبيقات الرئيسية
مرشح الموجات الصوتية السطحية (SAW)
مرشح الموجات الصوتية السطحية هو جهاز ترشيح خاص مصنوع باستخدام التأثير الكهرضغطي لمواد مذبذب البلورة الكهرضغطية والخصائص الفيزيائية لانتشار الموجات الصوتية السطحية. يتمتع بمزايا انخفاض خسارة الإرسال، والموثوقية العالية، ومرونة التصنيع الكبيرة، والتوافق التناظري/الرقمي، وخصائص اختيار التردد الممتازة. تتضمن مكوناته الرئيسية خط النقل والبلورة الكهرضغطية والمخفف. عندما تصل الإشارة إلى سطح البلورة الكهرضغطية من خلال خط النقل، سيتم توليد موجات صوتية سطحية. تختلف سرعة الموجات الصوتية السطحية ذات الترددات المختلفة أثناء الانتشار. من خلال التصميم المعقول للشكل الهندسي ومعلمات الإرسال للبلورة الكهرضغطية والمحول الرقمي البيني ووجود العاكس، يمكن تحقيق تأثيرات الترشيح للترددات المختلفة.
مذبذب البلورة
مذبذب البلورة هو جهاز تحويل طاقة يحول التيار المستمر إلى تيار متناوب بتردد معين. يستخدم بشكل أساسي التأثير الكهرضغطي للبلورات الكهرضغطية لتوليد تذبذبات كهربائية مستقرة. عندما يتم تطبيق الجهد على قطبي الشريحة، تتشوه البلورة، وبالتالي توليد الجهد على الصفيحة المعدنية. تُستخدم مذبذبات البلورة على نطاق واسع في محطات الراديو للاتصالات، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، وأجهزة التحكم عن بعد المحمولة، وأجهزة إرسال الهاتف المحمول، وعدادات الترددات عالية الجودة بسبب إشارات التيار المتردد عالية الثبات. وعادةً ما تستخدم البلورات التي يمكنها تحويل الطاقة الكهربائية والطاقة الميكانيكية لتوفير تذبذبات ثابتة ودقيقة بتردد واحد. حاليًا، تشمل المواد البلورية المستخدمة بشكل شائع مواد أشباه الموصلات الكوارتز ورقائق تانتالات الليثيوم.
كاشف كهربائي حراري
كاشف كهربائي حراري هو مستشعر يستخدم التأثير الكهربائي الحراري للكشف عن التغيرات في درجات الحرارة أو الأشعة تحت الحمراء. يمكنه الكشف عن التغيرات في طاقة الهدف في شكل غير تلامسي، وبالتالي توليد إشارة كهربائية قابلة للقياس. المكون الأساسي لها هو رقاقة كهربائية حرارية، وهي مادة بلورية أحادية ذات خصائص خاصة، وتتكون عادة من وحدات ذات شحنات معاكسة، مع محاور بلورية واستقطاب تلقائي. تحتاج المواد الكهربائية الحرارية إلى تحضير رقيق للغاية، ويتم طلاء الأقطاب الكهربائية على السطح بشكل عمودي على محور البلورة. يجب طلاء القطب الكهربائي السطحي العلوي بطبقة امتصاص قبل استخدامه. عندما يصل الإشعاع تحت الأحمر إلى طبقة الامتصاص، سيتم تسخين الرقاقة الكهربائية الحرارية وسيتم توليد قطب كهربائي سطحي؛ إذا انقطع الإشعاع، سيتم توليد شحنة استقطاب عكسي.
تتمتع تانتالات الليثيوم بآفاق تطبيق واسعة في اتصالات الجيل الخامس والرقائق الفوتونية والمعلومات الكمومية وغيرها من المجالات بسبب معاملها الكهربائي الحراري الكبير ودرجة حرارة كوري العالية وعامل الخسارة العازلة الصغيرة ونقطة الانصهار الحرارية المنخفضة لكل وحدة حجم وثابت العزل الكهربائي النسبي الصغير والأداء المستقر.
المواد الخزفية المستخدمة في ترميم الأسنان
يجب أن تخضع مواد ترميم الأسنان لاختبارات بيولوجية صارمة للتأكد من أنها لا تمتلك فقط الخصائص الميكانيكية والفيزيائية والكيميائية المطلوبة للاستخدام السريري، بل تتمتع أيضًا بتوافق حيوي جيد. في السنوات الأخيرة، مع التطور المستمر لعلم وتكنولوجيا المواد والتحسين المستمر لمستويات معيشة الناس، تم استخدام المواد الخزفية والمواد المركبة القائمة على الراتينج والمواد المعدنية وراتنجات النانو 3M والسيراميك الزجاجي وغيرها من المواد على نطاق واسع تدريجيًا.
(1) سيراميك الألومينا
سيراميك الألومينا عبارة عن مواد صلبة أو مساحيق بلورية بيضاء ذات ثبات كيميائي وخصائص ميكانيكية ملحوظة. كمواد ترميم الأسنان، تتمتع الألومينا باللون ونفاذية الضوء التي تتطابق مع الأسنان الحقيقية، وتلبي المتطلبات الجمالية، ولها مزايا السمية الضعيفة للأنسجة الليفية في المختبر.
(2) سيراميك الزركونيا
في نهاية القرن العشرين، تم تطوير الزركونيا كمواد ترميم الأسنان. تتمتع سيراميك الزركونيا بمقاومة كبيرة للتآكل ومقاومة للتآكل ومقاومة لدرجات الحرارة العالية وتأثيرات بصرية جيدة ومناسبة لاستعادة الأسنان ولها قوة عالية. تتمتع الزركونيا بثبات قوي وتوافق حيوي جيد. بالمقارنة مع الألومينا، تتمتع بمقاومة تآكل ومتانة أعلى. وهي مناسبة لإنتاج الصمامات والعظام الاصطناعية الخزفية المركبة ومفاصل الورك والعظام وجذور الأسنان.
(3) الزجاج النشط بيولوجيًا
الزجاج النشط بيولوجيًا هو مادة حيوية اصطناعية يمكنها الارتباط بأنسجة العظام والاتصال بالأنسجة الرخوة في نفس الوقت. يتمتع بخصائص ممتازة مثل التوافق الحيوي والسمية المنخفضة وتوجيه العظام وتكوين العظام وله تأثيرات جيدة على وقف النزيف ومضاد للبكتيريا. يمكنه تحقيق وظائف بيولوجية وفسيولوجية محددة عند زراعته في الجسم. يمكن استخدام الزجاج النشط بيولوجيًا كزرع عظام ومادة حشو عظام ومادة صيانة وإعادة بناء الحافة السنخية ومادة طلاء للزرع الفموي.
(4) سيراميك هيدروكسيباتيت
ينتمي هيدروكسيباتيت إلى نظام البلورات السداسية وهو سيراميك نشط بيولوجيًا نموذجي. تركيبته قريبة من المكونات غير العضوية لأنسجة العظام الطبيعية وتتمتع بتوافق حيوي جيد. فهي ليست آمنة وغير سامة عند زراعتها في الجسم فحسب، بل يمكنها أيضًا إجراء نمو العظام. إنها مادة حيوية ممتازة. غالبًا ما تستخدم في مجال طب الفم لإصلاح عيوب العظام اللثوية وزراعة جذور الأسنان الاصطناعية.
(5) سيراميك فوسفات ثلاثي الكالسيوم
فوسفات ثلاثي الكالسيوم هو سيراميك فوسفات الكالسيوم المهم ذو التوافق الحيوي والسمية الحيوية الجيدة. يمكن تحويل فوسفات ثلاثي الكالسيوم إلى مكونات هيكلية مجوفة بحجم وشكل معين وفقًا لمتطلبات معدل تحلل الأجزاء المختلفة وخصائص العظام المختلفة، ويمكن استخدامها لعلاج أمراض العظام المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع فوسفات ثلاثي الكالسيوم بالخصائص البيولوجية لتحفيز تجديد العظام حول الذروة وتكوين جسر الكالسيوم في اللب، ويستخدم على نطاق واسع ويقدر في مجال طب الفم.
(6) الخزف الفلسباري
الخزف الفلسباري هو زجاج الفلسبار البورسليكات ذو بنية حبيبات غير منتظمة موزعة في مصفوفة الزجاج. يستخدم في قشور الأسنان الأمامية والتيجان الكاملة وحشوات الأسنان الخلفية. له تأثيرات جمالية جيدة وتآكل بالقرب من الأسنان الطبيعية. بعد الطحن والتلميع، يمكن استخدامه في الفم.
(7) السيراميك الزجاجي
السيراميك الزجاجي عبارة عن مواد صلبة متعددة البلورات مع توزيع موحد وكثيف للطور الزجاجي والطور البلوري في مصفوفة زجاجية يتم الحصول عليها من خلال سلسلة من إجراءات المعالجة الحرارية. يطلق عليها أيضًا الزجاج البلوري الدقيق. أصبح السيراميك الزجاجي المادة المفضلة للترميم الجمالي للأسنان الأمامية بسبب نفاذيته وتشبعه بالقرب من الأسنان الطبيعية. لا يتمتع السيراميك الزجاجي بمقاومة ممتازة للتآكل ومقاومة التآكل فحسب، بل يمكن أيضًا التحكم في قوته الانثناءية ومتانة الكسر عن طريق ضبط عملية المعالجة الحرارية لعملية التبلور. لذلك، تم تطوير المنتجات المناسبة لاستخدامات مختلفة واحدة تلو الأخرى.
(8) السيراميك المركب
السيراميك المركب هو نوع جديد من المواد المركبة من الراتنج والسيراميك والتي تجمع بين خصائص السيراميك التقليدي ومواد عملية الراتنج الجديدة. وتكمن ميزته في أنه يمكن تنفيذه باستخدام تقنية CAD/CAM. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن السيراميك المركب يحتوي على كمية كبيرة من مكونات الراتنج، فبمجرد تلف الترميم، يكون من السهل إصلاحه بالراتنج.
مفتاح تحسين كفاءة مطحنة الكرات
العوامل المؤثرة على كفاءة الطحن
تعتبر كفاءة الطحن مؤشرًا مهمًا لأداء مطحنة الكرات، وهو أمر بالغ الأهمية لتحسين كفاءة معالجة المعادن وتقليل استهلاك الطاقة.
خصائص المواد هي عوامل أساسية، وتؤثر الصلابة والمتانة والكثافة وخصائص الكسر على صعوبة الطحن.
تؤثر معلمات تشغيل المطحنة بشكل كبير على الكفاءة، مثل السرعة ومعدل التعبئة وحجم الوسائط ونوعها. يمكن أن يؤدي تحسين السرعة إلى تعظيم التأثير والاحتكاك، ويضمن معدل التعبئة المناسب اتصالاً فعالاً بين المادة والوسائط. كما أن نوع وحجم وسائط الطحن مهمان أيضًا. ستؤثر الوسائط ذات المواد والأحجام المختلفة على كفاءة الطحن. يمكن أن يؤدي اختيار الوسائط المناسبة إلى تحسين تأثير الطحن.
يؤثر اختيار عملية الطحن أيضًا على الكفاءة. الطحن الرطب مناسب لمتطلبات الجسيمات الدقيقة، والطحن الجاف مناسب للمواد ذات المحتوى المائي المنخفض.
يعد تصميم وصيانة المطحنة أمرًا بالغ الأهمية أيضًا. يؤثر التصميم الهيكلي على كفاءة الطحن، والصيانة غير السليمة ستقلل من الكفاءة.
سرعة طاحونة الكرات
وفقًا لنظرية الطاقة الحركية، عندما تكون كتلة الجسم ثابتة، كلما زادت سرعة الجسم، زادت الطاقة التي يحملها. وبالمثل، كلما زادت سرعة جرة طحن طاحونة الكرات، زادت طاقة السحق والطحن التي تحملها جزيئات الوسائط الجسيمية، وتحسن تأثير السحق والطحن، ولكن قد تكون هناك مشاكل مثل زيادة استهلاك الطاقة، وزيادة فقدان الوسائط الجسيمية نفسها، والتسخين الشديد في جرة الطحن؛ إذا كانت سرعة جرة الطحن منخفضة للغاية، فقد لا تكون الطاقة التي تحملها الوسائط الجسيمية كافية لتحقيق سحق وطحن المادة، ولن تلعب دورًا في الطحن.
معدل ملء الوسائط الجسيمية
يشير معدل الملء إلى نسبة الحجم الداخلي لجرة الطحن التي تشغلها الوسائط الجسيمية في حالة فضفاضة إلى الحجم الفعلي لجرة الطحن. يعد معدل ملء الوسائط الجسيمية في جرة الطحن أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على كفاءة الطحن.
حجم الجسيمات لوسائط الجسيمات
وفقًا لمعادلة النبضة الخاصة بالجسم، تحمل الأجسام ذات الكتل المختلفة طاقة حركية مختلفة بنفس السرعة. في وسائط الجسيمات لنفس المادة، يحدد حجم الجسيمات كتلة الجسيم الواحد. لذلك، فإن اختيار حجم الجسيمات المناسب لوسائط الجسيمات يمكن أن يحسن كفاءة الطحن بشكل فعال.
نسبة الكرة
نسبة الكرة هي نسبة المادة إلى وسط الطحن، والتي لها أيضًا تأثير كبير على كفاءة الطحن. يمكن لنسبة الكرة المناسبة ضمان أن وسط الطحن ينقل الطاقة بشكل فعال إلى المادة. يحتاج تحديد نسبة الكرة إلى مراعاة خصائص المادة ونوع الطاحونة ودقة الطحن المتوقعة.
حجم مياه الطحن
أثناء عملية الطحن الرطب، يكون لحجم مياه الطحن تأثير مباشر على كفاءة الطحن وتركيز الملاط. يجب التحكم في سيولة الملاط عن طريق ضبط حجم الماء لضمان التفاعل الجيد بين الوسط والمادة، مع تجنب التحميل الزائد للمطحنة وتقليل كفاءة الطحن.
حجم ونسبة الكرة الفولاذية
في تشغيل مطحنة الكرات، تكون الكرة الفولاذية هي الوسيط المستخدم في الطحن، ويؤثر حجمها ونسبتها بشكل حاسم على كفاءة الطحن. يمكن لحجم ونسبة الكرة الفولاذية المناسبين تحسين كفاءة طحن المواد بشكل فعال، وتقليل استهلاك الطاقة، وإطالة عمر خدمة المطحنة.
تحسين العملية والمعدات
وسيلة رئيسية أخرى لتحسين معدل تشغيل مطحنة الكرات هي تحسين العملية والمعدات. مع التطور المستمر للتكنولوجيا الحديثة وتقدم علم المواد، تواجه عملية ومعدات طحن الكرات التقليدية ضرورة الترقية والتحول.
تحليل الأخطاء والوقاية منها
تؤثر كفاءة التشغيل واستقرار مطحنة الكرات بشكل مباشر على جودة وكفاءة عملية الإنتاج بأكملها. ومع ذلك، في عملية التشغيل الطويلة الأجل، بسبب تأثير العوامل الداخلية والخارجية المختلفة، غالبًا ما تعاني مطحنة الكرات من أخطاء مختلفة، مثل ارتفاع درجة حرارة المحمل الرئيسي، وصوت التشغيل غير الطبيعي، وانتفاخ البطن وغيرها من المشاكل، والتي لن تؤثر فقط على كفاءة الإنتاج، بل قد تتسبب أيضًا في تلف المعدات وزيادة تكاليف الإنتاج.
كيف تلعب كبريتات الباريوم دورًا مهمًا في إنتاج البطاريات؟
المكون الرئيسي للباريت هو كبريتات الباريوم (BaSO4)، وأشهر استخداماته هي عوامل ترجيح طين حفر النفط، والمواد الكيميائية الباريوم، والمواد الخام للحماية من الإشعاع النووي.
تتمتع كبريتات الباريوم بمزايا الخمول الكيميائي القوي، والاستقرار الجيد، ومقاومة الأحماض والقلويات، والصلابة المعتدلة، والجاذبية النوعية العالية، والبياض العالي، والقدرة على امتصاص الأشعة الضارة. إنها مادة صديقة للبيئة. لا تتمتع كبريتات الباريوم النانوية عالية النقاء بمزايا كبريتات الباريوم العادية فحسب، بل لها أيضًا استخدامات خاصة أخرى. على سبيل المثال، يتم استخدامها على نطاق واسع في القطاعات الصناعية مثل الطلاء وصناعة الورق والمطاط والحبر والبلاستيك.
تتمتع كبريتات الباريوم أيضًا باستخدام مهم - الموسع غير العضوي الأكثر استخدامًا في تصنيع البطاريات. كطاقة جديدة أساسية ومتجددة وقابلة لإعادة التدوير، تُستخدم البطاريات على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل النقل والاتصالات والكهرباء والسكك الحديدية والدفاع الوطني وأجهزة الكمبيوتر والبحث العلمي.
باعتبارها معدن طاقة جديد، تلعب كبريتات الباريوم دورًا مهمًا للغاية في إنتاج البطاريات. والسبب الرئيسي لتقصير عمر البطارية هو: كبريتات الصفيحة السالبة للبطارية. لذلك، في بطاريات الرصاص الحمضية، يتمثل الدور الرئيسي لكبريتات الباريوم في تعزيز نشاط الصفيحة السالبة، ومنع الصفيحة من التصلب، وإطالة عمر خدمة البطارية.
في عجينة الرصاص السالبة للبطارية، تُستخدم كبريتات الباريوم المترسبة ذات خصائص التعبئة الممتازة والخصائص المستقرة بشكل عام لتقليل درجة كبريتات القطب السالب للبطارية. والأسباب هي كما يلي:
1. كبريتات الباريوم وكبريتات الرصاص لهما نفس البنية الشبكية، مما يساعد على توزيع كبريتات الرصاص (PbSO4) التي ينتجها القطب السالب للبطارية بمساعدة كبريتات الباريوم (BaSO4) بالتساوي في مواضع مختلفة من الصفيحة، وبالتالي منع الكبريتات غير القابلة للعكس وإطالة عمر البطارية.
2. كبريتات الباريوم المترسبة لها حجم جسيمات صغير وقابلية تشتت جيدة. وقد أظهرت التجارب أنه في حالة عدم التكتل، كلما كان حجم جسيمات كبريتات الباريوم أصغر، انخفضت درجة كبريتات القطب السالب للبطارية.
3. كبريتات الباريوم المترسبة عالية النقاء، ولا تحتوي على أي حديد تقريبًا، ولا يسهل تفريغها. عند تفريغ البطارية، يمكن أن يحتوي PbSO4 على المزيد من مراكز البلورات، مما يمنع بشكل أفضل مساحة السطح النوعية للرصاص من الانكماش، ويعزز نشاط لوحة القطب السالب، ويمنع اللوحة من التصلب، ويطيل عمر خدمة البطارية.
4. كبريتات الباريوم خاملة للغاية ولا تشارك في عملية الأكسدة والاختزال للقطب. إنها تفصل الرصاص ميكانيكيًا عن الرصاص أو كبريتات الرصاص، وبالتالي تحافظ على مساحة سطحية نوعية متطورة لمادة القطب.
الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية: فتح عصر جديد للإدارة الحرارية
في عصر التطور التكنولوجي السريع اليوم، أصبحت قضايا الإدارة الحرارية واحدة من التحديات الرئيسية التي تواجه العديد من المجالات. من احتياجات تبديد الحرارة للمعدات الإلكترونية إلى تنظيم درجة حرارة الملابس الوظيفية، ومن الحماية الحرارية في مجال الفضاء إلى تحسين التوصيل الحراري في مجال الطاقة الجديدة، أصبحت الألياف ذات التوصيل الحراري العالي تدريجيًا محورًا للبحث والصناعة بأدائها الفريد وآفاق تطبيقها الواسعة.
مع التطور السريع في مجال الفضاء والرقائق الإلكترونية والذكاء الاصطناعي وغيرها من المجالات، طرحت احتياجات تطبيق تبديد الحرارة عالية الطاقة وتبديد الحرارة متطلبات أعلى وأعلى للمواد ذات التوصيل الحراري العالي. الألياف ذات التوصيل الحراري العالي، مثل ألياف الكربون القائمة على الملعب المتوسط، وألياف نيتريد البورون، وألياف الأنابيب النانوية الكربونية، وألياف الجرافين، وما إلى ذلك، لا تُظهر فقط توصيلًا حراريًا عاليًا ممتازًا، بل تتمتع أيضًا بقوة ميكانيكية عالية، وموصلية حرارية اتجاهية، وقابلية للنسج. إنها مواد مثالية للتكامل الهيكلي والوظيفي لتطبيقات تبديد الحرارة عالية الطاقة.
1. موصلية حرارية ممتازة: الميزة الأكثر بروزًا للألياف ذات الموصلية الحرارية العالية هي موصليتها الحرارية الممتازة. بالمقارنة مع الألياف التقليدية، يمكن للألياف ذات الموصلية الحرارية العالية نقل الحرارة بشكل أسرع، وتقليل درجة الحرارة المحلية بشكل فعال، وتحسين كفاءة التوصيل الحراري. تمنح هذه الميزة الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية مزايا فريدة في تبديد الحرارة والتوصيل الحراري.
2. خصائص ميكانيكية جيدة: بالإضافة إلى الموصلية الحرارية، تتمتع الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية عادةً بخصائص ميكانيكية جيدة، مثل القوة العالية، والصلابة العالية، ومقاومة التآكل.
3. خفيفة الوزن ومرنة: تتميز الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية عادةً بوزن أخف ومرونة جيدة، ويمكن نسجها أو نسجها أو تجميعها وفقًا لاحتياجات مختلفة لصنع مواد بأشكال وهياكل مختلفة.
4. الاستقرار الكيميائي: تتمتع الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية عمومًا باستقرار كيميائي جيد ويمكنها الحفاظ على أدائها المستقر في بيئات كيميائية مختلفة. يسمح هذا باستخدام الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية في ظروف عمل قاسية مختلفة، مثل درجات الحرارة العالية والضغط العالي والبيئة المسببة للتآكل، وما إلى ذلك.
مجالات تطبيق الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية
1. تبديد الحرارة للمعدات الإلكترونية: مع استمرار تحسن أداء المعدات الإلكترونية، أصبحت مشكلة تبديد الحرارة بارزة بشكل متزايد. يمكن استخدام الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية كمواد لتبديد الحرارة وتطبيقها على المشعات ومبددات الحرارة والمكونات الأخرى للمعدات الإلكترونية لتحسين كفاءة تبديد الحرارة للمعدات الإلكترونية بشكل فعال، وتقليل درجات حرارة التشغيل، وإطالة عمر خدمة المعدات.
2. الملابس الوظيفية: يمكن استخدام الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية في الملابس الوظيفية، مثل الملابس الرياضية والملابس الخارجية وما إلى ذلك، لتحقيق تنظيم درجة حرارة جسم الإنسان. في بيئة باردة، يمكن للألياف ذات الموصلية الحرارية العالية نقل الحرارة التي يولدها جسم الإنسان بسرعة، والحفاظ على درجة الحرارة داخل الملابس في حالة مستقرة نسبيًا، وتقليل تراكم الحرارة داخل الملابس، وبالتالي تجنب التعرق بسبب ارتفاع درجة الحرارة، ومن ثم منع العرق من جعل جسم الإنسان يشعر بالبرودة في بيئة ذات درجة حرارة منخفضة؛ في بيئة ساخنة، يمكن للألياف ذات الموصلية الحرارية العالية نقل الحرارة الخارجية بسرعة إلى سطح جسم الإنسان، وتبديد الحرارة من خلال تبخر العرق، والحفاظ على برودة الجسم.
3. الفضاء: في مجال الفضاء، يمكن استخدام الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية كمواد حماية حرارية في الغلاف الخارجي والمحرك وأجزاء أخرى من الطائرات، مما يقلل بشكل فعال من الحرارة التي تولدها الطائرات أثناء الطيران عالي السرعة ويحسن سلامة وموثوقية الطائرات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية في تبديد حرارة المعدات الإلكترونية والتحكم الحراري للأقمار الصناعية وغيرها من الجوانب في مجال الفضاء.
4. مجال الطاقة الجديدة: في مجال الطاقة الجديدة، يمكن استخدام الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية كفاصل للبطاريات ومواد للأقطاب الكهربائية وما إلى ذلك لتحسين كفاءة الشحن والتفريغ وسلامة البطاريات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام الألياف ذات الموصلية الحرارية العالية في الإدارة الحرارية لمعدات الطاقة الجديدة مثل الخلايا الشمسية وخلايا الوقود لتحسين أداء المعدات واستقرارها.
مجالات تطبيق الكربون الأسود الموصل
الأسود الكربوني الموصل هو أسود كربوني خاص نموذجي بموصلية كهربائية تتراوح عمومًا بين 10-1~10-2S/cm. يتمتع الأسود الكربوني الموصل بمزايا التوصيل الكهربائي العالي والموصلية الحرارية، وتكلفة الإنتاج المنخفضة، واستقرار الأكسدة والكثافة المنخفضة، وله مزايا واضحة مقارنة بمسحوق المعدن أو حشو الألياف.
مجال البطارية
بطارية ليثيوم أيون:
LiFePO4 وLiNiO2 وLiCoO2 وغيرها من المواد النشطة ذات القطب الموجب هي أشباه موصلات أو عوازل بموصلية كهربائية تتراوح فقط بين 10-9~10-3S/cm. يلزم إضافة إضافات موصلة لتعزيز موصليتها.
أثناء عملية الشحن والتفريغ، تتمدد مادة القطب السالب وتتقلص بشكل متكرر بسبب إدخال/استخراج Li+، مما يؤدي إلى تدمير قناة إدخال Li+ وتقليل سعة التفريغ.
بطاريات أخرى:
بطارية النيكل والهيدروجين: يتم تطبيقها على القطب السالب، كحامل للإلكترون ومادة مضافة موصلة، مما يساعد مادة القطب السالب على تنفيذ التفاعلات الكهروكيميائية بشكل أفضل، وتقليل استقطاب القطب، وتحسين أداء شحن وتفريغ البطارية وعمر دورة حياتها، وتقليل التفاعلات الجانبية مثل توليد الغاز.
بطارية النيكل والكادميوم: تعمل على القطب السالب لتحسين توصيل مادة القطب السالب، وتقليل المقاومة الداخلية للبطارية، وتحسين سعة التفريغ الحالية الكبيرة وكفاءة الشحن والتفريغ، وتقليل فقدان الطاقة وتوليد الحرارة.
مجال منتجات المطاط والبلاستيك
منتجات مضادة للكهرباء الساكنة:
يمكن أن يمنع تصنيع منتجات المطاط المضادة للكهرباء الساكنة، مثل صفائح المطاط المضادة للكهرباء الساكنة، وأحزمة النقل المضادة للكهرباء الساكنة، ونعال المطاط، ومنتجات المطاط الطبي، وما إلى ذلك، بشكل فعال توليد وتراكم الكهرباء الساكنة وتجنب ضرر الكهرباء الساكنة للمعدات والأفراد.
إن إنتاج المنتجات البلاستيكية الموصلة، مثل الأفلام الموصلة والألياف الموصلة والمنتجات الجلدية الموصلة وما إلى ذلك، له تطبيقات مهمة في التغليف الإلكتروني والحماية الكهرومغناطيسية وغيرها من المجالات.
منتجات المطاط والبلاستيك العادية: يمكنها تحسين موصلية المطاط والبلاستيك، وجعلها تتمتع بخصائص مضادة للكهرباء الساكنة معينة، وتقليل تأثير الكهرباء الساكنة على المنتجات، وتحسين الخصائص الميكانيكية وخصائص معالجة المواد.
مجال مادة الكابل
مادة حماية كابل الطاقة
مضاد للتداخل الكهرومغناطيسي: في كابلات الطاقة، يمكن إضافة الكربون الأسود الموصل إلى طبقة الحماية للكابل لحماية التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي بشكل فعال وضمان استقرار ودقة إشارة الطاقة التي ينقلها الكابل.
توزيع المجال الكهربائي المتجانس: أثناء تشغيل الكابل، قد يتسبب التوزيع غير المتساوي للحقل الكهربائي الداخلي في حدوث مشاكل مثل التفريغ الجزئي، مما يؤثر على عمر الخدمة وسلامة الكابل.
مواد الكابلات شبه الموصلة
طبقة الحماية شبه الموصلة: طبقة الحماية شبه الموصلة المستخدمة في كابلات الجهد المتوسط والمنخفض. يمكن خلط الكربون الأسود الموصل مع مواد أساسية مثل المطاط أو البلاستيك لتشكيل مادة مركبة شبه موصلة.
تحسين أداء المعالجة: يمكن أن يؤدي إضافة الكربون الأسود الموصل إلى تحسين أداء معالجة مواد الكابلات، مما يجعلها أسهل في البثق والتشكيل، وتحسين كفاءة الإنتاج وجودة المنتج.
صناعة الطباعة والطلاء الإلكتروني
الحبر الموصل والطلاء الموصل:
يمكن أن يؤدي إضافة الكربون الأسود الموصل إلى جعل الأحبار والطلاءات موصلة، ويتم استخدامها في لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs)، والشاشات الإلكترونية، وطلاءات الحماية الكهرومغناطيسية وغيرها من المجالات.
الطباعة الإلكترونية:
يمكن استخدام الكربون الأسود الموصل لصنع الملابس المضادة للكهرباء الساكنة، والمنسوجات الذكية، وما إلى ذلك. في بعض بيئات العمل التي تتطلب مقاومة للكهرباء الساكنة، يمكن أن يؤدي ارتداء الملابس المضادة للكهرباء الساكنة إلى تجنب تلف المعدات الإلكترونية والضرر بجسم الإنسان بسبب الكهرباء الساكنة.
مجالات أخرى
خلايا الوقود: في خلايا الوقود ذات الإلكتروليت البوليمري، يمكن استخدام الكربون الأسود الموصل في قطب الوقود وقطب الهواء كحامل للإلكترون وحامل محفز لتعزيز التفاعل الكهروكيميائي بين الوقود (مثل الهيدروجين) والمؤكسد (مثل الأكسجين)، وتحسين كفاءة توليد الطاقة وأداء خلايا الوقود.
المكثفات الفائقة: يمكن للكربون الأسود الموصل تحسين موصلية وسعة أقطاب المكثفات الفائقة، مما يمكنها من تخزين الشحنات وإطلاقها بسرعة، مع كثافة طاقة وكثافة طاقة أعلى.
مجالات الفضاء والجيش: تستخدم في تصنيع مواد الحماية المضادة للكهرباء الساكنة والكهرومغناطيسية، مثل طلاءات قذائف الطائرات ومواد قذائف الصواريخ، وما إلى ذلك، لتقليل تأثير الكهرباء الساكنة على المعدات وتحسين أداء التخفي للمعدات.
6 أشكال بلورية من كربونات الكالسيوم
يمكن تقسيم كربونات الكالسيوم إلى مكعب، ومغزل، وسلسلة، وكروي، ورقائق، وإبر، وما إلى ذلك وفقًا لشكل البلورة. أشكال مختلفة من كربونات الكالسيوم لها مجالات تطبيق ووظائف مختلفة.
لذلك، من أجل تلبية احتياجات الصناعات المختلفة لمنتجات كربونات الكالسيوم البلورية المختلفة، من الضروري استخدام طرق التحكم في شكل البلورة للتحكم في عملية تبلور كربونات الكالسيوم لإنتاج منتجات بأشكال بلورية مختلفة.
1. كربونات الكالسيوم المكعبة
يشير ما يسمى بالمكعب إلى كربونات الكالسيوم التي تظهر بلوراتها على شكل مكعبات تحت المجهر الإلكتروني النافذ.
يظهر الإنتاج الصناعي أنه في عملية إنتاج كربونات الكالسيوم الصوديوم باستخدام تقنية درجات الحرارة المنخفضة، دون إضافة أي عامل تحكم في شكل البلورة، يمكن الحصول على منتج كربونات الكالسيوم المكعب عن طريق التحكم في درجة حرارة الكربنة. يعتمد الهيكل البلوري لكربونات الكالسيوم المترسبة إلى حد كبير على درجة الحرارة التي تتشكل عندها. طالما أن درجة الحرارة التي تتشكل عندها نواة البلورة أقل من 30 درجة مئوية، يمكن كربنتها إلى كربونات الكالسيوم المكعبة.
2. كربونات الكالسيوم على شكل وردة ومغزل
تستخدم كربونات الكالسيوم على شكل وردة ومغزل بشكل عام في صناعة الورق والمطاط والبلاستيك والطلاء وغيرها من الصناعات، وخاصة في ورق السجائر عالي الجودة، مما يمكن أن يحسن أداء الاحتراق ونفاذية الهواء لورق السجائر.
الطريقة الرئيسية لإنتاج كربونات الكالسيوم على شكل مغزل في بلدي هي: في درجة حرارة الغرفة، يتم التحكم في تركيز حليب الليمون عند حوالي 35٪ (نسبة الوزن)، ويتم إدخال 30-40٪ (نسبة الحجم) من غاز ثاني أكسيد الكربون المختلط في المفاعل للكربنة. تتم عملية الكربنة في درجة حرارة الغرفة. بسبب التفاعل الطارد للحرارة، ترتفع درجة حرارة المفاعل من درجة حرارة الغرفة إلى حوالي 75 درجة مئوية. يكون شكل المنتج بشكل أساسي على شكل مغزل، ويكون حجم الجسيمات عمومًا بضعة ميكرونات.
3. كربونات الكالسيوم المتسلسلة
يتكون كربونات الكالسيوم فائقة الدقة على شكل سلسلة من عدة إلى عشرات حبيبات كربونات الكالسيوم الدقيقة المتصلة ببعضها البعض، ولها بنية سلسلة. مع ظروف التوليف المختلفة، سيكون هناك أحجام جسيمات ونسب أبعاد مختلفة.
تتمتع كربونات الكالسيوم فائقة الدقة على شكل سلسلة بتأثير تقوية ممتاز على المطاط الطبيعي والمطاط الصناعي. كحشو تقوية، يمكنها استبدال الكربون الأسود أو الكربون الأسود الأبيض جزئيًا، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الإنتاج. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام كربونات الكالسيوم فائقة الدقة على شكل سلسلة كمادة مضافة في صناعات الطلاء وصناعة الورق والبلاستيك، مما يظهر أداءً ممتازًا وله آفاق تطبيق واسعة.
هناك العديد من التقارير حول توليف كربونات الكالسيوم على شكل سلسلة، ولكن الطريقة العامة هي إضافة متحكم في شكل البلورة للتحكم في نمو نواة البلورة عندما يصبح تعليق Ca (OH) 2 مستحلبًا غروانيًا لزجًا في منتصف عملية الكربنة. متحكمات شكل البلورة الرئيسية هي أملاح المغنيسيوم وأملاح البوتاسيوم وبولي فوسفات الصوديوم وأملاح المعادن القابلة للذوبان في الماء وعوامل التخلب.
4. كربونات الكالسيوم الكروية
نظرًا لنعومتها الجيدة، وقدرتها على السيولة، وقابليتها للتشتت ومقاومة التآكل، تُستخدم كربونات الكالسيوم النانوية الكروية على نطاق واسع في المطاط، وطلاء الطلاء، والحبر، والأدوية، ومعجون الأسنان ومستحضرات التجميل.
يتم تحضير كربونات الكالسيوم الكروية عادةً عن طريق تفاعل منخفض الحرارة بين ملح الكالسيوم والكربونات في محلول قلوي مركّز. المتحكمات الرئيسية في شكل البلورات هي أملاح المغنيسيوم، وأملاح البوتاسيوم، وبولي فوسفات الصوديوم.
5. كربونات الكالسيوم المتقشرة
تعتبر كربونات الكالسيوم المتقشرة مناسبة لصناعة صناعة الورق ويمكنها إنتاج ورق يتمتع بامتصاص ممتاز للحبر، وبياض، وقابلية للطباعة ونعومة. كعامل حشو وتعزيز، تتمتع كربونات الكالسيوم المتقشرة بنعومة عالية، ولمعان، ومقاومة، ومعامل مرونة في الخليط بسبب ترتيبها غير التقليدي.
عند استخدام كربونات الكالسيوم المتقشرة النانوية لصبغة الورق المطلي، فإنها تظهر سيولة جيدة وقابلية للتشتت، ولها لمعان ونعومة أفضل من كربونات الكالسيوم الخفيفة PCC المغزلية العادية.
6. كربونات الكالسيوم الإبرية
تتميز كربونات الكالسيوم الإبرية بنسبة أبعاد كبيرة. ويمكنها تحسين مقاومة الصدمات وقوة الانحناء للبلاستيك بشكل كبير عند استخدامها كحشو للبلاستيك؛ ويكون تأثير التعزيز أكثر أهمية عند استخدامها في المطاط.
تطبيق و انتقال الطور لبلورات الألومينا المختلفة
في مجالات التعدين والسيراميك وعلوم المواد، أكسيد الألومنيوم (الصيغة الكيميائية Al2O3)، والمعروف أيضًا باسم البوكسيت، هو مركب أيوني ذو روابط كيميائية قوية. يتمتع بخصائص ممتازة مثل الصلابة العالية والقوة الميكانيكية العالية ومقاومة التآكل الكيميائي ومقاومة التآكل الجيدة والتوصيل الحراري الجيد. إنه مادة خام كيميائية مهمة في الصناعة.
هناك طريقتان رئيسيتان لترتيب البنية البلورية لأكسيد الألومنيوم: الأولى هي ترتيب ذرات الأكسجين في تكديس سداسي، والأخرى هي ترتيب ذرات الأكسجين في تكديس مكعب.
(1) خصائص وتطبيقات α-Al2O3
يُعرف α-Al2O3 عادةً باسم الكوراندوم. α-Al2O3 عبارة عن بلورة بيضاء وهي النوع الأكثر شيوعًا واستقرارًا من بلورات الألومينا. تنتمي إلى البنية المكدسة الثلاثية. في بنية بلورة α-Al2O3، يتم ترتيب أيونات الأكسجين في نمط مضغوط سداسي الشكل، ويتكرر في طبقتين من ABABAB... لتشكيل عدة أشكال ثماني السطوح، بينما تملأ أيونات الألومنيوم الفجوات بين كل ثماني السطوح.
حاليًا، يتم استخدام α-Al2O3 على نطاق واسع في المواد الكاشطة والمواد المقاومة للحرارة وركائز الدوائر المتكاملة والسيراميك الوظيفي البنيوي.
(2) خصائص وتطبيقات β-Al2O3
β-Al2O3 هو في الواقع ألومينات، وهو مركب مركب يتكون من أكاسيد معدنية وأكسيد الألومنيوم. يمكن لأيونات المعادن مثل Na+ أن تنتشر بسرعة في هذه الطبقة المستوية، لذلك يمكن لبلورات β-Al2O3 توصيل الكهرباء وهي نوع مهم من الإلكتروليت الصلب. لذلك، يمكن استخدام β-Al2O3 لتحضير مواد غشاء الإلكتروليت الصلبة في بطاريات الصوديوم والكبريت، ويمكنه أيضًا أن يلعب دورًا مهمًا في توصيل الأيونات وعزل الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة للبطارية.
(3) خصائص وتطبيقات γ-Al2O3
γ-Al2O3 هو أكسيد الألومنيوم الأكثر استخدامًا في الحالة الانتقالية. لا يوجد في الطبيعة. في بنيته، يمكن تقريب أيونات الأكسجين على أنها مكعبة ومزدحمة بشكل وثيق، بينما يتم توزيع أيونات الألومنيوم بشكل غير منتظم في الفراغات الثمانية السطوح والرباعية السطوح التي تشكلها أيونات الأكسجين، والتي تنتمي إلى بنية السبينيل. عملية تحضير γ-Al2O3 بسيطة نسبيًا، ودرجة حرارة تكوينه منخفضة نسبيًا، وعادة ما تكون في نطاق 500~700 درجة مئوية. γ-Al2O3 غير قابل للذوبان في الماء ولكن يمكن عادةً إذابته في الأحماض أو القلويات.
التحول الطوري لأكسيد الألومنيوم البلوري المختلف
من بين الأشكال البلورية المختلفة، يعتبر α-Al2O3 فقط هو الطور البلوري المستقر، وجميع المراحل الأخرى هي مراحل انتقالية، وهي في حالة غير مستقرة ترموديناميكيًا. مع ارتفاع درجة الحرارة، يمكن تحويل أكسيد الألومنيوم الانتقالي غير المستقر إلى طور مستقر، وهو تحول لا رجعة فيه لإعادة بناء الشبكة.
للحصول على أكسيد الألومنيوم الانتقالي α-Al2O3 المستقر، يلزم التحكم المثالي في العملية من فحص الخام الأولي، وتوليف المسحوق إلى التلبيد. يستخدم تحضير أكسيد الألومنيوم عالي الحرارة في الداخل والخارج عادةً هيدروكسيد الألومنيوم الصناعي أو أكسيد الألومنيوم الصناعي كمواد خام، ويشكل مرحلة انتقالية من خلال التجفيف، ثم يخضع لتحولات طورية متعددة عند درجة حرارة عالية، ويتحول أخيرًا إلى أكسيد الألومنيوم في طور ألفا.
يعد الجيبسيت (Al(OH)3) والبوهيميت (AlOOH) من أكثر المواد الأولية استخدامًا لتحضير أكسيد الألومنيوم α-Al2O3. في عملية المعالجة الحرارية الأولية، يتحول هيدروكسيد الألومنيوم إلى أكسيد الألومنيوم الانتقالي في شكل بنية غير مستقرة، وينتهي في النهاية بمرحلة مستقرة ترموديناميكيًا من α-Al2O3.
في الصناعة، تُستخدم طرق التكليس المختلفة عادةً لتحويل المرحلة غير المستقرة γ-Al2O3 إلى المرحلة المستقرة α لإعداد α-Al2O3 بأشكال مختلفة. يمكن إنتاج α-Al2O3 بأشكال مختلفة من خلال التحكم في درجات حرارة التكليس المختلفة، وإضافة أنواع مختلفة من المواد المضافة، وطرق الطحن، وما إلى ذلك. عادةً، يتم تضمين بلورات α-Al2O3 بأشكال مختلفة مثل الدودة، والرقائق، والعمودية، والكروية، والليفية.
مع التطور السريع لصناعة السيراميك، وصناعة الأدوية، والصناعة الإلكترونية، وصناعة الآلات، لا يزال الطلب في السوق على الألومينا لديه الكثير من المجال للتطوير، وبالتالي فإن البحث في الألومينا له أهمية عميقة. إن فهم وإتقان البنية البلورية وخصائص الألومينا هو شرط أساسي مهم لإعداد مسحوق الألومينا. الأشكال البلورية المختلفة للألومينا لها مجالات تطبيق مختلفة. α-Al2O3 هو الأكثر استقرارًا من بين جميع أشكال الألومينا. في الإنتاج، يتم تحضير أنواع مختلفة من بلورات α-Al2O3 بشكل عام عن طريق التحكم في بيئة نمو بلورات α-Al2O3 لتلبية احتياجات السيراميك والمواد المقاومة للحرارة وغيرها من المواد الوظيفية الجديدة للهياكل البلورية المختلفة لـ α-Al2O3.
مجالات التطبيق الرئيسية للجرافين
(1) التطبيق في مجال الكيمياء الكهربائية
الجرافين مادة كربونية ذات بنية شبكية طبقية. يتمتع بموصلية كهربائية ممتازة واستقرار كيميائي واستقرار حراري. يمكن استخدامه في المكثفات الفائقة وبطاريات الليثيوم أيون وبطاريات أيون الصوديوم وبطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم والكبريت وبطاريات المعدن والهواء وما إلى ذلك.
في المستقبل، ستكون كيفية استخدام المواد الخام الرخيصة والعمليات البسيطة لتحقيق إنتاج منتجات عالية الجودة وإعطاء اللعب الكامل للمزايا البنيوية الفريدة للجرافين لأجهزة تخزين الطاقة الكهروكيميائية المختلفة نقطة بحث ساخنة.
(2) التطبيق في مجال المواد المحفزة ضوئيًا
يتمتع الجرافين بموصلية كهربائية ممتازة وخصائص نقل الإلكترون ومساحة سطحية عالية وخصائص أخرى.
(3) التطبيق في مجال الطلاء المقاوم للتآكل
لا تتمتع طلاءات الجرافين بالحماية الكاثودية لطلاءات الإيبوكسي الغنية بالزنك وخصائص التدريع لطلاء رقائق الزجاج فحسب، بل تتمتع أيضًا بالالتصاق الممتاز ومقاومة الماء والصلابة.
(4) التطبيق في المجال الطبي الحيوي
نظرًا لأن سطح الجرافين يحتوي على عدد كبير من المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين (-OH، -COOH، إلخ)، فيمكن أن يجعله يتمتع بقابلية جيدة للماء، كما يتمتع الجرافين ثنائي الأبعاد بتوافق حيوي جيد، لذلك لديه آفاق تطبيق محتملة في المجالات الطبية الحيوية مثل تحميل الأدوية وتوصيل الجينات.
(5) التطبيق في مجال أجهزة الاستشعار
يتمتع الجرافين بخصائص فيزيائية وكيميائية ممتازة مثل مساحة السطح النوعية العالية، والتوصيل العالي والتوافق الحيوي، مما يساعد على تحسين قدرة الامتصاص للجزيئات الحساسة وزيادة معدل التفاعلات الكيميائية الحيوية. هذه الخصائص الممتازة تجعله مادة مرشحة مثالية لإعداد أجهزة الاستشعار.
(6) التطبيق في مجال الدوائر المتكاملة
يتمتع الجرافين بموصلية حرارية جيدة واستقرار حراري، ويمكن إدخاله في الدوائر القائمة على السيليكون لتحقيق غرض تحسين تبديد الحرارة السريع.
(7) التطبيق في مجال الخلايا الشمسية
الجرافين، باعتباره أشباه موصلات ثنائية الأبعاد فريدة من نوعها، له خصائص مثل قدرة عالية على نقل حاملات الشحنة ومساحة سطحية محددة عالية. كما يتمتع الفيلم المحضر بشفافية بصرية عالية وموصلية ومرونة. لذلك، يتمتع الجرافين بمجموعة واسعة من التطبيقات في طبقة نقل الإلكترون وطبقة نقل الثقوب وطبقة العازلة والقطب المضاد وما إلى ذلك في الخلايا الشمسية.
(8) التطبيق في مجال النانو مركبات
يمكن دمج الجرافين مع مواد أخرى ذات خصائص مختلفة لتشكيل مواد مركبة بسبب بنيته المسامية السائبة وموصليته العالية وقوته المادية العالية. مع خصائص ممتازة مثل القوة العالية ومعامل المرونة العالي ومساحة السطح المحددة العالية والاستقرار، يمكن تحسين أو تعزيز الخصائص الميكانيكية للمواد بشكل فعال.
(9) التطبيق في مجال امتصاص الموجات الدقيقة الكهرومغناطيسية
لا يتمتع الجرافين ببنية فيزيائية وكيميائية فريدة وخصائص ميكانيكية وكهرومغناطيسية ممتازة فحسب، بل يتمتع أيضًا بخصائص امتصاص موجات دقيقة جيدة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن دمجه مع الجسيمات النانوية المغناطيسية لإعداد نوع جديد من المواد الماصة. تتميز هذه المادة بفقدان مغناطيسي وفقد كهربائي ولديها آفاق تطبيق محتملة في مجالات الحماية الكهرومغناطيسية وامتصاص الموجات الدقيقة.
(10) التطبيق في مجالات أخرى
يمكن امتصاص المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين على الجرافين بالمواقع النشطة في أقمشة القطن. يمكن أن يؤدي تحميل الجرافين على أقمشة القطن إلى تحسين خصائص الأقمشة المضادة للبكتيريا والحماية من الأشعة فوق البنفسجية بشكل فعال.
يعتبر الجرافين مادة تخزين مثالية للهيدروجين نظرًا لأدائه الممتاز ومساحته السطحية الكبيرة وقوته الميكانيكية العالية للغاية.