Aplicación de materiales de electrodos negativos a base de silicio en baterías de iones de litio
Con el vigoroso desarrollo de los vehículos de nueva energía, el almacenamiento de energía y otros mercados, el tamaño del mercado y el nivel técnico de las baterías de litio y los materiales de electrodos negativos siguen mejorando. En la actualidad, la capacidad específica de los materiales de electrodos negativos de grafito comerciales está cerca de la capacidad específica teórica de los materiales de grafito, y la aplicación comercial de los materiales de electrodos negativos a base de silicio se ha acelerado aún más.
Los materiales de electrodos negativos a base de silicio se han convertido en un punto de interés en la investigación de los materiales de electrodos negativos de baterías de iones de litio debido a su capacidad específica teórica extremadamente alta. La capacidad específica teórica de los materiales de electrodos negativos de silicio es mucho mayor que la de los materiales de electrodos negativos de grafito comerciales, y el voltaje de trabajo es moderado, lo que hace que los materiales de electrodos negativos a base de silicio tengan ventajas significativas para mejorar la densidad energética de la batería. Sin embargo, la expansión y contracción del volumen del silicio durante la carga y descarga es demasiado grande, lo que da como resultado el agrietamiento y la fragmentación del material, así como el engrosamiento continuo de la película SEI, lo que afecta gravemente la estabilidad del ciclo y el rendimiento de la velocidad de la batería.
Para solucionar los defectos de los materiales de electrodos negativos a base de silicio en aplicaciones de baterías de iones de litio, los investigadores han propuesto una variedad de rutas técnicas, que incluyen nanotecnología, tecnología de materiales compuestos, diseño estructural, modificación de superficies, optimización de electrolitos, pre-litiación, silicio poroso y silicio de aleación, etc.
Estas rutas técnicas cubren todas las etapas desde la investigación de laboratorio hasta la aplicación industrial, aliviando el problema de expansión de volumen mediante nanodimensionamiento y tecnología de materiales compuestos, mejorando la conductividad y la estabilidad mediante diseño estructural y modificación de superficies, y mejorando el rendimiento general de la batería mediante la optimización del sistema de electrolitos. La tecnología de pre-litiación puede mejorar la eficiencia coulombiana inicial, la estructura de silicio poroso ayuda a aliviar los cambios de volumen y el silicio de aleación puede proporcionar mayor capacidad y estabilidad. Se espera que la aplicación integral de estas rutas técnicas logre materiales de electrodos negativos a base de silicio de alto rendimiento, larga vida útil y bajo costo, y promueva su amplia popularidad en aplicaciones prácticas.
En la actualidad, los materiales de silicio-carbono y los materiales de silicio-oxígeno son las dos principales rutas técnicas para los electrodos negativos a base de silicio.
Entre ellos, los materiales de electrodos negativos de silicio-carbono son conocidos por su alta eficiencia de primera coulombiana, pero su ciclo de vida necesita ser mejorado. Al realizar el nano-dimensionamiento de los materiales de silicio, se pueden reducir los problemas de expansión y rotura generados durante el proceso de carga y descarga, mejorando así aún más su ciclo de vida. En términos relativos, la principal ventaja de los materiales de electrodos negativos de silicio-oxígeno es su excelente estabilidad de ciclo, aunque la primera eficiencia es baja. Sin embargo, al adoptar medios técnicos como la pre-litiación, su primera eficiencia puede mejorarse de manera efectiva.
En términos de aplicaciones comerciales, actualmente, las principales aplicaciones comerciales de los materiales de electrodos negativos a base de silicio incluyen óxido de silicio recubierto de carbono, nano-carbono de silicio, nanocables de silicio y aleaciones de silicio amorfo. Entre ellos, el óxido de silicio recubierto de carbono y el nano-carbono de silicio tienen el mayor grado de comercialización, y generalmente se mezclan con grafito en una proporción del 5%-10%. En los últimos años, los materiales de electrodos negativos a base de silicio se están industrializando gradualmente.
En el campo de las baterías de estado sólido, los materiales de electrodos negativos a base de silicio se consideran una de las direcciones de desarrollo clave de los materiales de electrodos negativos de baterías de estado sólido debido a su alta densidad de energía teórica, excelente rendimiento de carga y descarga rápida y excelente rendimiento de seguridad.
Material básico para comunicaciones de próxima generación: tantalato de litio
Con el rápido desarrollo de la Internet de las cosas, la inteligencia artificial y la tecnología de big data, el tantalato de litio (LiTaO3) se ha utilizado ampliamente en el procesamiento de señales digitales, las comunicaciones 5G, la guía, los detectores infrarrojos y otros campos debido a sus excelentes propiedades como la piezoelectricidad, la acustóptica y la electroóptica. Su película monocristalina se considera un nuevo material que se necesita con urgencia para el desarrollo de nuevos dispositivos en la era posterior a Moore.
El tantalato de litio es un material cristalino multifuncional con un rendimiento excelente. Tiene una estructura de ilmenita y es incoloro o de color amarillo claro. Sus materias primas cristalinas son abundantes, su rendimiento es estable y es fácil de procesar. Puede producir monocristales de gran tamaño y alta calidad. Los cristales de tantalato de litio pulidos se pueden utilizar ampliamente en la fabricación de dispositivos de comunicación electrónica como resonadores, filtros de superficie y transductores. Es un material funcional indispensable en muchos campos de comunicación de alta gama como teléfonos móviles, comunicaciones por satélite y aeroespacial.
Aplicaciones principales
Filtro de ondas acústicas de superficie (SAW)
El filtro de ondas acústicas de superficie es un dispositivo de filtrado especial fabricado mediante el uso del efecto piezoeléctrico de los materiales del oscilador de cristal piezoeléctrico y las características físicas de la propagación de las ondas acústicas de superficie. Tiene las ventajas de una baja pérdida de transmisión, alta confiabilidad, gran flexibilidad de fabricación, compatibilidad analógica/digital y excelentes características de selección de frecuencia. Sus componentes principales incluyen la línea de transmisión, el cristal piezoeléctrico y el atenuador. Cuando la señal llega a la superficie del cristal piezoeléctrico a través de la línea de transmisión, se generarán ondas acústicas de superficie. La velocidad de las ondas acústicas de superficie de diferentes frecuencias es diferente durante la propagación. Al diseñar razonablemente la forma geométrica y los parámetros de transmisión del cristal piezoeléctrico y el transductor interdigital y la existencia del reflector, se pueden lograr efectos de filtrado de diferentes frecuencias.
Oscilador de cristal
Un oscilador de cristal es un dispositivo de conversión de energía que convierte la corriente continua en corriente alterna con una determinada frecuencia. Utiliza principalmente el efecto piezoeléctrico de los cristales piezoeléctricos para generar oscilaciones eléctricas estables. Cuando se aplica voltaje a los dos polos del chip, el cristal se deformará, generando así voltaje en la hoja de metal. Los osciladores de cristal se utilizan ampliamente en estaciones de radio de comunicación, GPS, comunicaciones por satélite, dispositivos móviles de control remoto, transmisores de teléfonos móviles y contadores de frecuencia de alta gama debido a sus señales de CA de frecuencia altamente estables. Por lo general, se utilizan cristales que pueden convertir energía eléctrica y energía mecánica para proporcionar oscilaciones de frecuencia única estables y precisas. Actualmente, los materiales de cristal más utilizados incluyen materiales semiconductores de cuarzo y chips de tantalato de litio.
Detector piroeléctrico
Un detector piroeléctrico es un sensor que utiliza el efecto piroeléctrico para detectar cambios de temperatura o radiación infrarroja. Puede detectar los cambios de energía del objetivo en una forma sin contacto, generando así una señal eléctrica medible. Su componente principal es un chip piroeléctrico, un material monocristalino con propiedades especiales, generalmente compuesto por unidades con cargas opuestas, con ejes de cristal y polarización espontánea. Los materiales piroeléctricos deben prepararse muy delgados y los electrodos se colocan en la superficie perpendicular al eje del cristal. El electrodo de la superficie superior debe recubrirse con una capa de absorción antes de poder usarse. Cuando la radiación infrarroja alcanza la capa de absorción, el chip piroeléctrico se calentará y se generará un electrodo de superficie; si se interrumpe la radiación, se generará una carga de polarización inversa.
El tantalato de litio tiene amplias perspectivas de aplicación en las comunicaciones 5G, chips fotónicos, información cuántica y otros campos debido a su gran coeficiente piroeléctrico, alta temperatura de Curie, pequeño factor de pérdida dieléctrica, bajo punto de fusión térmica por unidad de volumen, pequeña constante dieléctrica relativa y rendimiento estable.
Materiales cerámicos utilizados en restauraciones dentales
Los materiales de restauración dental deben someterse a rigurosas pruebas biológicas para garantizar que no solo tengan las propiedades mecánicas, físicas y químicas requeridas para el uso clínico, sino que también tengan una buena biocompatibilidad. En los últimos años, con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología de los materiales y la mejora continua del nivel de vida de las personas, los materiales cerámicos, los materiales compuestos a base de resina, los materiales metálicos, las nanoresinas 3M, la vitrocerámica y otros materiales se han utilizado de forma generalizada.
(1) Cerámica de alúmina
La cerámica de alúmina son sólidos o polvos cristalinos blancos con una estabilidad química y propiedades mecánicas notables. Como material de restauración dental, la alúmina tiene el color y la transmitancia de luz que coinciden con los de los dientes reales, cumple con los requisitos estéticos y tiene las ventajas de una toxicidad débil para el tejido fibroso in vitro.
(2) Cerámica de zirconio
A finales del siglo XX, se desarrolló el zirconio como material de restauración dental. La cerámica de zirconio tiene una importante resistencia al desgaste, a la corrosión y a las altas temperaturas, buenos efectos ópticos, es adecuada para la restauración de dientes y tiene una alta resistencia. La zirconia tiene una gran estabilidad y una buena biocompatibilidad. En comparación con la alúmina, tiene una mayor resistencia al desgaste y tenacidad. Es adecuada para la producción de válvulas, huesos artificiales de cerámica compuesta, articulaciones de cadera, huesos y raíces de dientes.
(3) Vidrio bioactivo
El vidrio bioactivo es un biomaterial artificial que puede unirse al tejido óseo y conectarse con el tejido blando al mismo tiempo. Tiene excelentes propiedades como biocompatibilidad, baja toxicidad, guía ósea y formación ósea, y tiene buena hemostasia y efectos antibacterianos. Puede lograr funciones biológicas y fisiológicas específicas cuando se implanta en el cuerpo. El vidrio bioactivo se puede utilizar como trasplante óseo, material de relleno óseo, material de mantenimiento y reconstrucción de la cresta alveolar y material de recubrimiento de implantes orales.
(4) Cerámica de hidroxiapatita
La hidroxiapatita pertenece al sistema de cristales hexagonales y es una cerámica bioactiva típica. Su composición es cercana a los componentes inorgánicos del tejido óseo natural y tiene una buena biocompatibilidad. No solo es seguro y no tóxico cuando se implanta en el cuerpo, sino que también puede conducir el crecimiento óseo. Es un excelente material bioactivo. Se utiliza a menudo en el campo de la medicina oral para la reparación de defectos óseos periodontales y para implantes de raíces dentales artificiales.
(5) Cerámica de fosfato tricálcico
El fosfato tricálcico es una cerámica de fosfato de calcio importante con buena biocompatibilidad y biotoxicidad. El fosfato tricálcico se puede convertir en componentes estructurales huecos de un tamaño y una forma determinados según los requisitos de la tasa de degradación de las diferentes partes y las diferentes propiedades óseas, y se puede utilizar para tratar diversas enfermedades ortopédicas. Además, el fosfato tricálcico tiene las características biológicas de inducir la regeneración ósea periapical y la formación de puentes de calcio pulpar, y se utiliza y valora ampliamente en el campo de la medicina oral.
(6) Porcelana de feldespato
La porcelana de feldespato es un vidrio de feldespato de borosilicato con una estructura de grano irregular distribuida en la matriz de vidrio. Se utiliza en carillas de dientes anteriores, coronas completas e incrustaciones de dientes posteriores. Tiene buenos efectos estéticos y una abrasión cercana a los dientes naturales. Después de pulirlo y pulirlo, se puede utilizar en la boca.
(7) Cerámicas de vidrio
Las cerámicas de vidrio son sólidos policristalinos con una distribución uniforme y densa de la fase vítrea y la fase cristalina en una matriz de vidrio obtenida a través de una serie de procedimientos de tratamiento térmico. También se denominan vidrio microcristalino. Las cerámicas de vidrio se han convertido en el material preferido para la restauración estética de los dientes anteriores debido a su transmitancia y saturación cercanas a los dientes naturales. Las cerámicas de vidrio no solo tienen una excelente resistencia a la corrosión y al desgaste, sino que también su resistencia a la flexión y tenacidad a la fractura se pueden controlar ajustando el proceso de tratamiento térmico del proceso de cristalización. Por lo tanto, se han desarrollado productos adecuados para diferentes usos uno tras otro.
(8) Cerámicas compuestas
Las cerámicas compuestas son un nuevo tipo de material compuesto de resina y cerámica que combina las características de las cerámicas tradicionales con nuevos materiales de proceso de resina. Su ventaja es que se puede realizar utilizando tecnología CAD/CAM. Además, dado que las cerámicas compuestas contienen una gran cantidad de componentes de resina, una vez que la restauración se daña, es fácil repararla con resina.
La clave para mejorar la eficiencia del molino de bolas
Factores que afectan la eficiencia de molienda
La eficiencia de molienda es un indicador importante del rendimiento del molino de bolas, que es crucial para mejorar la eficiencia del procesamiento de minerales y reducir el consumo de energía.
Las propiedades del material son factores básicos, y la dureza, la tenacidad, la densidad y las características de fractura afectan la dificultad de molienda.
Los parámetros de funcionamiento del molino tienen un impacto significativo en la eficiencia, como la velocidad, la tasa de llenado, el tamaño y el tipo de medio. Optimizar la velocidad puede maximizar el impacto y la fricción, y la tasa de llenado adecuada garantiza un contacto efectivo entre el material y el medio. El tipo y el tamaño de los medios de molienda también son importantes. Los medios de diferentes materiales y tamaños afectarán la eficiencia de molienda. Elegir el medio adecuado puede mejorar el efecto de molienda.
La elección del proceso de molienda también afecta la eficiencia. La molienda húmeda es adecuada para requisitos de partículas finas y la molienda seca es adecuada para materiales con bajo contenido de agua.
El diseño y el mantenimiento del molino también son críticos. El diseño estructural afecta la eficiencia de molienda y un mantenimiento inadecuado reducirá la eficiencia.
Velocidad del molino de bolas
Según el teorema de la energía cinética, cuando la masa de un objeto es constante, cuanto mayor es la velocidad del objeto, mayor es la energía que transporta. De manera similar, cuanto mayor es la velocidad del recipiente de molienda del molino de bolas, mayor es la energía de trituración y molienda transportada por las partículas del medio de partículas, y mejor es el efecto de trituración y molienda, pero pueden surgir problemas como un mayor consumo de energía, una mayor pérdida del propio medio de partículas y un calentamiento severo en el recipiente de molienda; si la velocidad del recipiente de molienda es demasiado baja, la energía transportada por el medio de partículas puede no ser suficiente para lograr la trituración y molienda del material, y no desempeñará un papel de molienda.
Tasa de llenado del medio de partículas
La tasa de llenado se refiere a la relación entre el volumen interno del recipiente de molienda ocupado por el medio de partículas en estado suelto y el volumen real del recipiente de molienda. La tasa de llenado del medio de partículas en el recipiente de molienda es uno de los factores clave que afectan la eficiencia de molienda.
Tamaño de partícula de los medios de molienda
Según la ecuación de impulso del objeto, los objetos de diferentes masas transportan energía cinética diferente a la misma velocidad. En los medios de molienda del mismo material, el tamaño de partícula determina la masa de una sola partícula. Por lo tanto, la elección del tamaño de partícula adecuado de los medios de molienda puede mejorar eficazmente la eficiencia de molienda.
Relación de bolas
La relación de bolas es la relación entre el material y el medio de molienda, que también tiene un impacto significativo en la eficiencia de molienda. Una relación de bolas adecuada puede garantizar que el medio de molienda transfiera energía de manera efectiva al material. La determinación de la relación de bolas debe considerar las características del material, el tipo de molino y la finura de molienda esperada.
Volumen de agua de molienda
Durante el proceso de molienda húmeda, el volumen de agua de molienda tiene un impacto directo en la eficiencia de molienda y la concentración de la pulpa. La fluidez de la pulpa debe controlarse ajustando el volumen de agua para garantizar una buena interacción entre el medio y el material, evitando al mismo tiempo sobrecargar el molino y reducir la eficiencia de molienda.
Tamaño y proporción de las bolas de acero
En el funcionamiento del molino de bolas, las bolas de acero son el medio de molienda, y su tamaño y proporción tienen una influencia decisiva en la eficiencia de molienda. El tamaño y la proporción de las bolas de acero adecuados pueden mejorar eficazmente la eficiencia de molienda del material, reducir el consumo de energía y prolongar la vida útil del molino.
Mejora de procesos y equipos
Otro medio clave para mejorar la tasa de operación del molino de bolas es la mejora de los procesos y equipos. Con el desarrollo continuo de la tecnología moderna y el progreso de la ciencia de los materiales, el proceso y los equipos de molienda de bolas tradicionales se enfrentan a la necesidad de actualizarse y transformarse.
Análisis y prevención de fallas
La eficiencia operativa y la estabilidad del molino de bolas afectan directamente la calidad y la eficiencia de todo el proceso de producción. Sin embargo, en el proceso de operación a largo plazo, debido a la influencia de varios factores internos y externos, el molino de bolas a menudo presenta varias fallas, como alta temperatura del cojinete principal, sonido de funcionamiento anormal, vientre abultado y otros problemas, que no solo afectarán la eficiencia de producción, sino que también pueden causar daños en el equipo y aumentar los costos de producción.
¿Qué papel importante desempeña el sulfato de bario en la producción de baterías?
El componente principal de la barita es el sulfato de bario (BaSO4), y sus usos más conocidos son los agentes densificantes de lodos de perforación petrolera, los productos químicos de bario y las materias primas para la protección contra la radiación nuclear.
El sulfato de bario tiene las ventajas de una fuerte inercia química, buena estabilidad, resistencia a ácidos y álcalis, dureza moderada, alta gravedad específica, alta blancura y la capacidad de absorber rayos nocivos. Es un material respetuoso con el medio ambiente. El nanosulfato de bario de alta pureza no solo tiene los usos del sulfato de bario común, sino que también tiene otros usos especiales. Por ejemplo, se usa ampliamente en sectores industriales como recubrimientos, fabricación de papel, caucho, tintas y plásticos.
El sulfato de bario también tiene un uso importante: es el expansor inorgánico más utilizado en la fabricación de baterías. Como nueva energía básica, renovable y reciclable, las baterías se utilizan ampliamente en diversos campos, como el transporte, las comunicaciones, la electricidad, los ferrocarriles, la defensa nacional, las computadoras y la investigación científica.
Como nuevo mineral energético, el sulfato de bario juega un papel muy importante en la producción de baterías. La principal razón de la reducción de la vida útil de la batería es la sulfatación de la placa negativa de la batería. Por lo tanto, en las baterías de plomo-ácido, la función principal del sulfato de bario es mejorar la actividad de la placa negativa, evitar que la placa se endurezca y prolongar la vida útil de la batería.
En la pasta de plomo negativa de la batería, generalmente se utiliza sulfato de bario precipitado con excelentes propiedades de relleno y propiedades estables para reducir el grado de sulfatación del electrodo negativo de la batería. Las razones son las siguientes:
1. El sulfato de bario y el sulfato de plomo tienen la misma estructura reticular, lo que favorece que el sulfato de plomo (PbSO4) producido por el electrodo negativo de la batería con la ayuda del sulfato de bario (BaSO4) se distribuya uniformemente en varias posiciones de la placa, inhibiendo así la sulfatación irreversible y prolongando la vida útil de la batería.
2. El sulfato de bario precipitado tiene un tamaño de partícula pequeño y una buena dispersabilidad. Los experimentos han demostrado que, en ausencia de aglomeración, cuanto menor sea el tamaño de partícula del sulfato de bario, menor será el grado de sulfatación del electrodo negativo de la batería.
3. El sulfato de bario precipitado es de alta pureza, casi no contiene hierro y no es fácil de descargar. Cuando la batería se descarga, el PbSO4 puede tener más centros cristalinos, evitar mejor que la superficie específica del plomo se encoja, mejorar la actividad de la placa del electrodo negativo, evitar que la placa se endurezca y prolongar la vida útil de la batería.
4. El sulfato de bario es extremadamente inerte y no participa en el proceso redox del electrodo. Separa mecánicamente el plomo del plomo o del sulfato de plomo, manteniendo así una superficie específica bien desarrollada del material del electrodo.
Fibra de alta conductividad térmica: abriendo una nueva era en la gestión térmica
En la era actual de rápido desarrollo tecnológico, los problemas de gestión térmica se han convertido en uno de los desafíos clave que enfrentan muchos campos. Desde las necesidades de disipación de calor de los equipos electrónicos hasta la regulación de la temperatura de la ropa funcional, desde la protección térmica en la industria aeroespacial hasta la optimización de la conducción térmica en el campo de las nuevas energías, las fibras de alta conductividad térmica se han convertido gradualmente en el foco de la investigación y la industria con su rendimiento único y amplias perspectivas de aplicación.
Con el rápido desarrollo de la industria aeroespacial, los chips electrónicos, la inteligencia artificial y otros campos, las necesidades de aplicación de la disipación de calor de alta potencia y la disipación de calor han planteado requisitos cada vez más altos para los materiales de alta conductividad térmica. Las fibras de alta conductividad térmica, como las fibras de carbono basadas en brea mesofásica, las fibras de nitruro de boro, las fibras de nanotubos de carbono, las fibras de grafeno, etc., no solo muestran una excelente conductividad térmica alta, sino que también tienen alta resistencia mecánica, conductividad térmica direccional y capacidad de tejido. Son materiales ideales para la integración estructural y funcional de aplicaciones de disipación de calor de alta potencia.
1. Excelente conductividad térmica: La característica más notable de la fibra de alta conductividad térmica es su excelente conductividad térmica. En comparación con las fibras tradicionales, las fibras de alta conductividad térmica pueden transferir calor más rápidamente, reducir eficazmente la temperatura local y mejorar la eficiencia de conducción del calor. Esta característica le da a las fibras de alta conductividad térmica ventajas únicas en la disipación y conducción del calor.
2. Buenas propiedades mecánicas: Además de la conductividad térmica, las fibras de alta conductividad térmica suelen tener buenas propiedades mecánicas, como alta resistencia, alta tenacidad y resistencia al desgaste.
3. Ligeras y flexibles: Las fibras de alta conductividad térmica suelen tener un peso más ligero y buena flexibilidad, y se pueden tejer, tejer o componer según las diferentes necesidades para hacer materiales de diversas formas y estructuras.
4. Estabilidad química: Las fibras de alta conductividad térmica generalmente tienen una buena estabilidad química y pueden mantener su rendimiento estable en diferentes entornos químicos. Esto permite que las fibras de alta conductividad térmica se utilicen en diversas condiciones de trabajo duras, como alta temperatura, alta presión, ambiente corrosivo, etc.
Áreas de aplicación de las fibras de alta conductividad térmica
1. Disipación de calor de equipos electrónicos: A medida que el rendimiento de los equipos electrónicos continúa mejorando, su problema de disipación de calor se ha vuelto cada vez más prominente. Las fibras de alta conductividad térmica se pueden utilizar como materiales de disipación de calor y aplicarse a radiadores, disipadores de calor y otros componentes de equipos electrónicos para mejorar de manera efectiva la eficiencia de disipación de calor de los equipos electrónicos, reducir las temperaturas de funcionamiento y extender la vida útil de los equipos.
2. Ropa funcional: Las fibras de alta conductividad térmica se pueden utilizar en ropa funcional, como ropa deportiva, ropa para exteriores, etc., para lograr la regulación de la temperatura corporal humana. En un ambiente frío, las fibras de alta conductividad térmica pueden transferir rápidamente el calor generado por el cuerpo humano, mantener la temperatura dentro de la ropa en un estado relativamente estable, reducir la acumulación de calor dentro de la ropa, evitando así la sudoración debido al sobrecalentamiento y luego evitando que el sudor haga que el cuerpo humano se sienta frío en un ambiente de baja temperatura; en un ambiente cálido, las fibras de alta conductividad térmica pueden transferir rápidamente el calor externo a la superficie del cuerpo humano, disipar el calor a través de la evaporación del sudor y mantener el cuerpo fresco.
3. Aeroespacial: En el campo aeroespacial, las fibras de alta conductividad térmica se pueden utilizar como materiales de protección térmica en la carcasa exterior, el motor y otras partes de las aeronaves, reduciendo eficazmente el calor generado por las aeronaves durante el vuelo a alta velocidad y mejorando la seguridad y confiabilidad de las aeronaves. Además, las fibras de alta conductividad térmica también se pueden utilizar en la disipación de calor de equipos electrónicos, el control térmico de satélites y otros aspectos en el campo aeroespacial.
4. Campo de las nuevas energías: En el campo de las nuevas energías, las fibras de alta conductividad térmica se pueden utilizar como separadores de baterías, materiales de electrodos, etc. para mejorar la eficiencia y la seguridad de carga y descarga de las baterías. Además, las fibras de alta conductividad térmica también se pueden utilizar en la gestión térmica de equipos de nuevas energías, como células solares y pilas de combustible, para mejorar el rendimiento y la estabilidad de los equipos.
Campos de aplicación del negro de carbón conductor
El negro de carbón conductor es un negro de carbón especial típico con una conductividad que generalmente se encuentra en el rango de 10-1~10-2S/cm. El negro de carbón conductor tiene las ventajas de una alta conductividad eléctrica y conductividad térmica, un bajo costo de producción, estabilidad a la oxidación y baja densidad, y tiene ventajas obvias sobre los polvos metálicos o los rellenos de fibra.
Campo de baterías
Batería de iones de litio:
LiFePO4, LiNiO2, LiCoO2 y otros materiales activos de electrodos positivos son semiconductores o aislantes con una conductividad de solo 10-9~10-3S/cm. Se deben agregar aditivos conductores para mejorar su conductividad.
Durante el proceso de carga y descarga, el material del electrodo negativo se expandirá y encogerá repetidamente debido a la inserción/extracción de Li+, lo que destruye el canal de inserción de Li+ y reduce la capacidad de descarga.
Otras baterías:
Batería de níquel-hidrógeno: se aplica al electrodo negativo como portador de electrones y aditivo conductor, lo que ayuda a que el material del electrodo negativo lleve a cabo mejor las reacciones electroquímicas, reduzca la polarización del electrodo, mejore el rendimiento de carga y descarga de la batería y su ciclo de vida, y reduzca las reacciones secundarias como la generación de gases.
Batería de níquel-cadmio: actúa sobre el electrodo negativo para mejorar la conductividad del material del electrodo negativo, reducir la resistencia interna de la batería, mejorar la capacidad de descarga de gran corriente y la eficiencia de carga y descarga, y reducir la pérdida de energía y la generación de calor.
Campo de productos de caucho y plástico
Productos antiestáticos:
La fabricación de productos de caucho antiestáticos, como láminas de caucho antiestático, cintas transportadoras antiestáticas, suelas de caucho, productos de caucho médico, etc., puede prevenir eficazmente la generación y acumulación de electricidad estática y evitar el daño de la electricidad estática a los equipos y al personal.
La producción de productos plásticos conductores, como películas conductoras, fibras conductoras, productos de cuero conductor, etc., tiene importantes aplicaciones en el embalaje electrónico, el blindaje electromagnético y otros campos.
Productos de caucho y plástico ordinarios: puede mejorar la conductividad del caucho y el plástico, hacer que tengan ciertas propiedades antiestáticas, reducir el impacto de la electricidad estática en los productos y mejorar las propiedades mecánicas y las propiedades de procesamiento de los materiales.
Campo de material de los cables
Material de protección de los cables de alimentación
Interferencia antielectromagnética: en los cables de alimentación, se puede añadir negro de carbón conductor a la capa de protección del cable para proteger eficazmente la interferencia electromagnética externa y garantizar que la señal de alimentación transmitida por el cable sea estable y precisa.
Distribución del campo eléctrico homogeneizado: durante el funcionamiento del cable, la distribución desigual del campo eléctrico interno puede causar problemas como descargas parciales, lo que afecta la vida útil y la seguridad del cable.
Materiales de cables semiconductores
Capa de protección semiconductora: capa de protección semiconductora utilizada para cables de media y baja tensión. El negro de carbón conductor se puede mezclar con materiales de base como caucho o plástico para formar un material compuesto semiconductor.
Mejora del rendimiento de procesamiento: la adición de negro de carbón conductor puede mejorar el rendimiento de procesamiento de los materiales de los cables, haciéndolos más fáciles de extruir y dar forma, y mejorando la eficiencia de producción y la calidad del producto.
Industria de la impresión y el recubrimiento electrónicos
Tinta conductora y recubrimiento conductor:
La adición de negro de carbón conductor puede hacer que las tintas y los recubrimientos sean conductores, y se utilizan en placas de circuito impreso (PCB), pantallas electrónicas, recubrimientos de protección electromagnética y otros campos.
Impresión electrónica:
El negro de carbón conductor se puede utilizar para hacer ropa antiestática, textiles inteligentes, etc. En algunos entornos de trabajo que requieren antiestático, el uso de ropa antiestática puede evitar daños por electricidad estática a los equipos electrónicos y daños al cuerpo humano.
Otros campos
Pilas de combustible: en las pilas de combustible de electrolito polimérico, el negro de carbón conductor se puede utilizar en el electrodo de combustible y el electrodo de aire como portador de electrones y portador de catalizador para promover la reacción electroquímica entre el combustible (como el hidrógeno) y el oxidante (como el oxígeno), y mejorar la eficiencia de generación de energía y el rendimiento de las pilas de combustible.
Supercondensadores: el negro de carbono conductor puede mejorar la conductividad y la capacitancia de los electrodos de los supercondensadores, lo que les permite almacenar y liberar cargas rápidamente, con mayor densidad de energía y densidad de potencia.
Ámbitos aeroespacial y militar: se utiliza para fabricar materiales de protección antiestáticos y electromagnéticos, como revestimientos para carcasas de aeronaves, materiales para carcasas de misiles, etc., para reducir el impacto de la electricidad estática en los equipos y mejorar el rendimiento de sigilo de los equipos.
6 formas cristalinas de carbonato de calcio
El carbonato de calcio se puede dividir en cúbico, fusiforme, en cadena, esférico, en copos, en agujas, etc. según la forma cristalina. Las diferentes formas de carbonato de calcio tienen diferentes campos de aplicación y funciones.
Por lo tanto, para satisfacer las necesidades de diversas industrias de diferentes productos de carbonato de calcio cristalino, es necesario utilizar métodos de control de la forma cristalina para controlar el proceso de cristalización del carbonato de calcio para producir productos con diferentes formas cristalinas.
1. Carbonato de calcio cúbico
El denominado cúbico se refiere al carbonato de calcio cuyos cristales se muestran como cubos bajo el microscopio electrónico de transmisión.
La producción industrial muestra que en el proceso de producción de carbonato de calcio sódico utilizando tecnología de baja temperatura, sin agregar ningún agente de control de la forma cristalina, controlando la temperatura de carbonización se puede obtener un producto de carbonato de calcio cúbico. La estructura cristalina del carbonato de calcio precipitado depende en gran medida de la temperatura a la que se forma. Siempre que la temperatura a la que se forma el núcleo cristalino sea inferior a 30 °C, se puede carbonizar en carbonato de calcio cúbico.
2. Carbonato de calcio en forma de rosa y fusiforme
El carbonato de calcio en forma de rosa y fusiforme se utiliza generalmente en la fabricación de papel, caucho, plástico, revestimiento y otras industrias, especialmente en papel de cigarrillo de alta calidad, que puede mejorar el rendimiento de combustión y la permeabilidad al aire del papel de cigarrillo.
El método principal para producir carbonato de calcio en forma de fusiforme en mi país es: a temperatura ambiente, la concentración de lechada de cal se controla en aproximadamente el 35% (relación en peso), y se introduce un 30-40% (relación en volumen) de gas CO2 mezclado en el reactor para la carbonización. El proceso de carbonización se lleva a cabo a temperatura ambiente. Debido a la reacción exotérmica, la temperatura del reactor aumenta desde la temperatura ambiente hasta aproximadamente 75 °C. La morfología del producto es principalmente fusiforme y el tamaño de partícula es generalmente de unas pocas micras.
3. Carbonato de calcio en cadena
El carbonato de calcio ultrafino en forma de cadena está compuesto por varios a docenas de granos finos de carbonato de calcio conectados entre sí y tiene una estructura de cadena. Con diferentes condiciones de síntesis, habrá diferentes tamaños de partículas y relaciones de aspecto.
El carbonato de calcio ultrafino en forma de cadena tiene un excelente efecto reforzante sobre el caucho natural y el caucho sintético. Como relleno de refuerzo, puede reemplazar parcialmente al negro de carbón o al negro de carbón blanco, lo que reduce en gran medida los costos de producción. Además, el carbonato de calcio ultrafino en forma de cadena se utiliza como aditivo en las industrias de recubrimiento, fabricación de papel y plástico, mostrando un excelente rendimiento y teniendo amplias perspectivas de aplicación.
Hay muchos informes sobre la síntesis de carbonato de calcio en forma de cadena, pero el método general es agregar un controlador de forma de cristal para controlar el crecimiento del núcleo cristalino cuando la suspensión de Ca (OH) 2 se convierte en una emulsión coloidal viscosa a mitad de camino durante el proceso de carbonización. Los principales controladores de forma de cristal son sales de magnesio, sales de potasio, polifosfatos de sodio, sales metálicas solubles en agua y agentes quelantes.
4. Carbonato de calcio esférico
Debido a su buena suavidad, fluidez, dispersabilidad y resistencia al desgaste, el nanocarbonato de calcio esférico se usa ampliamente en caucho, pintura de revestimiento, tinta, medicamentos, pasta de dientes y cosméticos.
El carbonato de calcio esférico se prepara generalmente mediante la reacción a baja temperatura de la sal de calcio y el carbonato en una solución alcalina concentrada. Los principales controladores de la forma del cristal son las sales de magnesio, las sales de potasio y el polifosfato de sodio.
5. Carbonato de calcio en escamas
El carbonato de calcio en escamas es adecuado para la industria papelera y puede producir papel con excelente absorción de tinta, blancura, capacidad de impresión y suavidad. Como agente de relleno y refuerzo, el carbonato de calcio en escamas tiene alta suavidad, brillo, resistividad y coeficiente elástico en la mezcla debido a su disposición no convencional.
Cuando el nanocarbonato de calcio en escamas se usa para pigmentos de papel revestido, muestra buena fluidez y dispersabilidad, y tiene mejor brillo y suavidad que el carbonato de calcio ligero PCC de husillo común.
6. Carbonato de calcio en forma de aguja
El carbonato de calcio en forma de aguja tiene una gran relación de aspecto. Puede mejorar en gran medida la resistencia al impacto y la resistencia a la flexión de los plásticos cuando se utiliza como relleno para plásticos; el efecto de refuerzo es más significativo cuando se utiliza en caucho.
Aplicación y transición de fase de diferentes alúminas cristalinas.
En los campos de la minería, la cerámica y la ciencia de los materiales, el óxido de aluminio (fórmula química Al2O3), también conocido como bauxita, es un compuesto iónico con fuertes enlaces químicos. Tiene excelentes características como alta dureza, alta resistencia mecánica, resistencia a la corrosión química, buena resistencia al desgaste y buena conductividad térmica. Es una materia prima química importante en la industria.
Hay dos formas principales de organizar la estructura cristalina del óxido de aluminio: una es que los átomos de oxígeno están dispuestos en apilamiento hexagonal, y la otra es que los átomos de oxígeno están dispuestos en apilamiento cúbico.
(1) Propiedades y aplicaciones del α-Al2O3
El α-Al2O3 se conoce comúnmente como corindón. El α-Al2O3 es un cristal blanco y es el tipo más común y estable de cristal de alúmina. Pertenece a la estructura compacta trigonal. En la estructura cristalina de α-Al2O3, los iones de oxígeno están dispuestos en un patrón hexagonal compacto, que se repite en dos capas de ABABAB... para formar varias formas octaédricas, mientras que los iones de aluminio llenan los espacios entre cada octaedro.
Actualmente, α-Al2O3 se utiliza ampliamente en materiales abrasivos, materiales refractarios, sustratos de circuitos integrados y cerámicas funcionales estructurales.
(2) Propiedades y aplicaciones de β-Al2O3
β-Al2O3 es en realidad un aluminato, que es un compuesto compuesto de óxidos metálicos y óxido de aluminio. Los iones metálicos como Na+ pueden difundirse rápidamente en esta capa plana, por lo que los cristales de β-Al2O3 pueden conducir electricidad y son un tipo importante de electrolito sólido. Por lo tanto, β-Al2O3 se puede utilizar para preparar materiales de diafragma de electrolito sólido en baterías de sodio-azufre, y también puede desempeñar un papel importante en la conducción de iones y el aislamiento de los electrodos positivo y negativo de la batería.
(3) Propiedades y aplicaciones del γ-Al2O3
El γ-Al2O3 es el óxido de aluminio en estado de transición más utilizado. No existe en la naturaleza. En su estructura, los iones de oxígeno pueden aproximarse como cúbicos y compactados, mientras que los iones de aluminio se distribuyen irregularmente en los huecos octaédricos y tetraédricos formados por iones de oxígeno, que pertenecen a la estructura de espinela. El proceso de preparación del γ-Al2O3 es relativamente simple y su temperatura de formación es relativamente baja, generalmente en el rango de 500~700℃. El γ-Al2O3 es insoluble en agua, pero generalmente se puede disolver en ácido o álcali.
Transformación de fase de diferentes alúminas cristalinas
Entre las diferentes formas cristalinas, solo el α-Al2O3 es una fase cristalina estable, y todas las demás fases son fases de transición, que se encuentran en un estado termodinámicamente inestable. A medida que aumenta la temperatura, la alúmina de transición inestable se puede transformar en una fase estable, que es una transformación irreversible de la reconstrucción de la red.
Para obtener α-Al2O3 estable, se requiere un control perfecto del proceso desde el cribado inicial del mineral, la síntesis del polvo hasta la sinterización. La preparación de alúmina de alta temperatura en el país y en el extranjero generalmente utiliza hidróxido de aluminio industrial o alúmina industrial como materia prima, forma una fase de transición a través de la deshidratación y luego sufre múltiples transformaciones de fase a alta temperatura, y finalmente se transforma en Al2O3 de fase α.
La gibbsita (Al(OH)3) y la boehmita (AlOOH) son los precursores más utilizados para la preparación de α-Al2O3. En el proceso de tratamiento térmico inicial, el hidróxido de aluminio se transforma en alúmina de transición en forma de una estructura metaestable y finalmente termina con la fase termodinámicamente estable de α-Al2O3.
En la industria, se suelen utilizar diferentes métodos de calcinación para transformar la fase metaestable γ-Al2O3 en la fase α-estable para preparar α-Al2O3 con diferentes morfologías. El α-Al2O3 con diferentes morfologías se puede producir controlando diferentes temperaturas de calcinación, añadiendo diferentes tipos de aditivos, métodos de molienda, etc. Por lo general, se incluyen cristales de α-Al2O3 en diversas formas, como en forma de gusano, en forma de escamas, columnares, esféricos, esféricos y fibrosos.
Con el rápido desarrollo de la industria cerámica, la industria farmacéutica, la industria electrónica y la industria de la maquinaria, la demanda del mercado de alúmina todavía tiene mucho margen de desarrollo, por lo que la investigación sobre la alúmina es de gran importancia. Comprender y dominar la estructura cristalina y las propiedades de la alúmina es un prerrequisito importante para la preparación de polvo de alúmina. Las diferentes formas cristalinas de alúmina tienen diferentes áreas de aplicación. α-Al2O3 es la más estable de todas las formas de alúmina. En la producción, generalmente se preparan diferentes tipos de cristales de α-Al2O3 controlando el entorno de crecimiento de los cristales de α-Al2O3 para satisfacer las necesidades de cerámicas, materiales refractarios y otros nuevos materiales funcionales para diferentes microestructuras cristalinas de α-Al2O3.
Las principales áreas de aplicación del grafeno
(1) Aplicación en el campo de la electroquímica
El grafeno es un material de carbono con una estructura de rejilla en capas. Tiene una excelente conductividad eléctrica, estabilidad química y estabilidad térmica. Se puede utilizar en supercondensadores, baterías de iones de litio, baterías de iones de sodio, baterías de plomo-ácido, baterías de litio-azufre, baterías de metal-aire, etc.
En el futuro, cómo utilizar materias primas baratas y procesos simples para lograr una producción de productos de alta calidad y aprovechar al máximo las ventajas estructurales únicas del grafeno para diferentes dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica será un foco de investigación.
(2) Aplicación en el campo de los materiales fotocatalíticos
El grafeno tiene una excelente conductividad eléctrica, propiedades de transporte de electrones, una gran área de superficie específica y otras propiedades.
(3) Aplicación en el campo de los recubrimientos resistentes a la corrosión
Los recubrimientos de grafeno no solo tienen la protección catódica de los recubrimientos ricos en zinc epoxi y las propiedades de protección de los recubrimientos de escamas de vidrio, sino que también tienen una excelente adhesión, impermeabilidad y tenacidad.
(4) Aplicación en el campo biomédico
Debido a que la superficie del GO contiene una gran cantidad de grupos funcionales que contienen oxígeno (-OH, -COOH, etc.), puede hacer que tenga una buena hidrofilia, y el GO bidimensional tiene una buena biocompatibilidad, por lo que tiene perspectivas de aplicación potenciales en campos biomédicos como la carga de fármacos y la administración de genes.
(5) Aplicación en el campo de los sensores
El grafeno tiene excelentes propiedades físicas y químicas, como una gran área de superficie específica, alta conductividad y biocompatibilidad, lo que favorece la mejora de la capacidad de adsorción de moléculas sensibles y el aumento de la velocidad de las reacciones bioquímicas. Estas excelentes propiedades lo convierten en un material candidato ideal para preparar sensores.
(6) Aplicación en el campo de los circuitos integrados
El grafeno tiene una buena conductividad térmica y estabilidad térmica, y se puede introducir en circuitos basados en silicio para lograr el propósito de mejorar la disipación rápida del calor.
(7) Aplicación en el campo de las células solares
El grafeno, como semiconductor bidimensional sin huecos único, tiene propiedades como alta movilidad de portadores de carga y alta área de superficie específica. La película preparada también tiene alta transparencia óptica, conductividad y flexibilidad. Por lo tanto, el grafeno tiene una amplia gama de aplicaciones en la capa de transporte de electrones, capa de transporte de huecos, capa tampón, contraelectrodo, etc. en células solares.
(8) Aplicación en el campo de los nanocompuestos
El grafeno se puede combinar con otros materiales de diferentes propiedades para formar materiales compuestos debido a su estructura porosa suelta, alta conductividad y alta resistencia del material. Con excelentes propiedades como alta resistencia, alto módulo elástico, alta área de superficie específica y estabilidad, las propiedades mecánicas de los materiales se pueden mejorar o realzar de manera efectiva.
(9) Aplicación en el campo de la absorción electromagnética de microondas
El grafeno no solo tiene una estructura física y química única y excelentes propiedades mecánicas y electromagnéticas, sino que también tiene buenas propiedades de absorción de microondas. Además, se puede combinar con nanopartículas magnéticas para preparar un nuevo tipo de material absorbente. Este material presenta pérdidas magnéticas y eléctricas y tiene posibles aplicaciones en los campos del blindaje electromagnético y la absorción de microondas.
(10) Aplicación en otros campos
Los grupos funcionales que contienen oxígeno en el GO pueden adsorberse con los sitios activos de los tejidos de algodón. La carga de GO en los tejidos de algodón puede mejorar eficazmente las propiedades antibacterianas y de protección UV de los tejidos.
El grafeno se considera un material ideal para el almacenamiento de hidrógeno debido a su excelente rendimiento, gran área de superficie específica y resistencia mecánica ultraalta.