Application de matériaux d'électrode négative à base de silicium dans les batteries lithium-ion
Avec le développement vigoureux des véhicules à énergie nouvelle, du stockage d'énergie et d'autres marchés, la taille du marché et le niveau technique des batteries au lithium et des matériaux d'électrode négative continuent de s'améliorer. À l'heure actuelle, la capacité spécifique des matériaux d'électrode négative en graphite commerciaux est proche de la capacité spécifique théorique des matériaux en graphite, et l'application commerciale des matériaux d'électrode négative à base de silicium a été encore accélérée.
Les matériaux d'électrode négative à base de silicium sont devenus un point chaud dans la recherche sur les matériaux d'électrode négative des batteries lithium-ion en raison de leur capacité spécifique théorique extrêmement élevée. La capacité spécifique théorique des matériaux d'électrode négative en silicium est bien supérieure à celle des matériaux d'électrode négative en graphite commerciaux, et la tension de fonctionnement est modérée, ce qui fait que les matériaux d'électrode négative à base de silicium présentent des avantages significatifs pour améliorer la densité énergétique de la batterie. Cependant, l'expansion et la contraction du volume du silicium pendant la charge et la décharge sont trop importantes, ce qui entraîne des fissures et des fragmentations du matériau, ainsi qu'un épaississement continu du film SEI, ce qui affecte sérieusement la stabilité du cycle et les performances de la batterie.
Afin de résoudre les défauts des matériaux d'électrode négative à base de silicium dans les applications de batteries lithium-ion, les chercheurs ont proposé une variété de voies techniques, notamment la nanotechnologie, la technologie des matériaux composites, la conception structurelle, la modification de surface, l'optimisation de l'électrolyte, la pré-lithiation, le silicium poreux et l'alliage de silicium, etc.
Ces voies techniques couvrent toutes les étapes de la recherche en laboratoire à l'application industrielle, atténuant le problème d'expansion du volume grâce au nano-dimensionnement et à la technologie des matériaux composites, améliorant la conductivité et la stabilité grâce à la conception structurelle et à la modification de surface, et améliorant les performances globales de la batterie en optimisant le système électrolytique. La technologie de pré-lithiation peut améliorer l'efficacité coulombienne initiale, la structure en silicium poreux aide à atténuer les changements de volume et l'alliage de silicium peut offrir une capacité et une stabilité supérieures. L'application complète de ces voies techniques devrait permettre d'obtenir des matériaux d'électrode négative à base de silicium à hautes performances, à longue durée de vie et à faible coût, et de promouvoir leur popularité généralisée dans les applications pratiques.
À l'heure actuelle, les matériaux silicium-carbone et les matériaux silicium-oxygène sont les deux principales voies techniques pour les électrodes négatives à base de silicium.
Parmi eux, les matériaux d'électrode négative silicium-carbone sont connus pour leur rendement élevé en premier coulomb, mais leur durée de vie doit être améliorée. En réalisant le dimensionnement nanométrique des matériaux en silicium, les problèmes de dilatation et de rupture générés pendant le processus de charge et de décharge peuvent être réduits, améliorant ainsi encore leur durée de vie. Relativement parlant, le principal avantage des matériaux d'électrode négative silicium-oxygène est leur excellente stabilité du cycle, bien que le rendement initial soit faible. Cependant, en adoptant des moyens techniques tels que la pré-lithiation, leur rendement initial peut être efficacement amélioré.
En termes d'applications commerciales, actuellement, les principales applications commerciales des matériaux d'électrode négative à base de silicium comprennent l'oxyde de silicium revêtu de carbone, le carbone nano-silicium, les nanofils de silicium et les alliages de silicium amorphe. Parmi eux, l'oxyde de silicium revêtu de carbone et le carbone nano-silicium ont le plus haut degré de commercialisation, et ils sont généralement mélangés avec du graphite dans un rapport de 5 à 10 %. Ces dernières années, les matériaux d'électrode négative à base de silicium sont progressivement industrialisés.
Dans le domaine des batteries à l'état solide, les matériaux d'électrode négative à base de silicium sont considérés comme l'une des principales directions de développement des matériaux d'électrode négative de batterie à l'état solide en raison de leur densité énergétique théorique élevée, de leurs excellentes performances de charge et de décharge rapides et de leurs excellentes performances de sécurité.
Matériau de base de communication de nouvelle génération : le tantalate de lithium
Avec le développement rapide de l'Internet des objets, de l'intelligence artificielle et de la technologie du big data, le tantalate de lithium (LiTaO3) a été largement utilisé dans le traitement du signal numérique, les communications 5G, le guidage, les détecteurs infrarouges et d'autres domaines en raison de ses excellentes propriétés telles que la piézoélectricité, l'acousto-optique et l'électro-optique. Son film monocristallin est considéré comme un nouveau matériau dont le développement de nouveaux appareils dans l'ère post-Moore a un besoin urgent.
Le tantalate de lithium est un matériau cristallin multifonctionnel aux excellentes performances. Il a une structure ilménite et est incolore ou jaune clair. Ses matières premières cristallines sont abondantes, ses performances sont stables et il est facile à traiter. Il peut produire des monocristaux de grande taille et de haute qualité. Les cristaux de tantalate de lithium polis peuvent être largement utilisés dans la fabrication d'appareils de communication électroniques tels que des résonateurs, des filtres de surface et des transducteurs. C'est un matériau fonctionnel indispensable dans de nombreux domaines de communication haut de gamme tels que les téléphones portables, les communications par satellite et l'aérospatiale.
Applications principales
Filtre à ondes acoustiques de surface (SAW)
Le filtre à ondes acoustiques de surface est un dispositif de filtrage spécial fabriqué en utilisant l'effet piézoélectrique des matériaux d'oscillateur à cristal piézoélectrique et les caractéristiques physiques de la propagation des ondes acoustiques de surface. Il présente les avantages d'une faible perte de transmission, d'une grande fiabilité, d'une grande flexibilité de fabrication, d'une compatibilité analogique/numérique et d'excellentes caractéristiques de sélection de fréquence. Ses principaux composants comprennent une ligne de transmission, un cristal piézoélectrique et un atténuateur. Lorsque le signal atteint la surface du cristal piézoélectrique via la ligne de transmission, des ondes acoustiques de surface sont générées. La vitesse des ondes acoustiques de surface de différentes fréquences est différente pendant la propagation. En concevant raisonnablement la forme géométrique et les paramètres de transmission du cristal piézoélectrique et du transducteur interdigité et l'existence du réflecteur, des effets de filtrage de différentes fréquences peuvent être obtenus.
Oscillateur à cristal
Un oscillateur à cristal est un dispositif de conversion d'énergie qui convertit le courant continu en courant alternatif avec une certaine fréquence. Il utilise principalement l'effet piézoélectrique des cristaux piézoélectriques pour générer des oscillations électriques stables. Lorsque la tension est appliquée aux deux pôles de la puce, le cristal se déforme, générant ainsi une tension sur la feuille métallique. Les oscillateurs à cristal sont largement utilisés dans les stations de radio de communication, le GPS, les communications par satellite, les appareils mobiles télécommandés, les émetteurs de téléphonie mobile et les compteurs de fréquence haut de gamme en raison de leurs signaux CA à fréquence très stable. Il utilise généralement des cristaux capables de convertir l'énergie électrique et l'énergie mécanique pour fournir des oscillations monofréquence stables et précises. Actuellement, les matériaux cristallins couramment utilisés comprennent les matériaux semi-conducteurs à quartz et les puces au tantalate de lithium.
Détecteur pyroélectrique
Un détecteur pyroélectrique est un capteur qui utilise l'effet pyroélectrique pour détecter les changements de température ou le rayonnement infrarouge. Il peut détecter les changements d'énergie de la cible sous une forme sans contact, générant ainsi un signal électrique mesurable. Son composant principal est une puce pyroélectrique, un matériau monocristallin aux propriétés spéciales, généralement composé d'unités à charges opposées, avec des axes cristallins et une polarisation spontanée. Les matériaux pyroélectriques doivent être préparés très fins et les électrodes sont plaquées sur la surface perpendiculairement à l'axe cristallin. L'électrode de surface supérieure doit être plaquée d'une couche d'absorption avant de pouvoir être utilisée. Lorsque le rayonnement infrarouge atteint la couche d'absorption, la puce pyroélectrique sera chauffée et une électrode de surface sera générée ; si le rayonnement est interrompu, une charge de polarisation inverse sera générée.
Le tantalate de lithium a de vastes perspectives d'application dans les communications 5G, les puces photoniques, l'information quantique et d'autres domaines en raison de son coefficient pyroélectrique élevé, de sa température de Curie élevée, de son faible facteur de perte diélectrique, de son faible point de fusion thermique par unité de volume, de sa faible constante diélectrique relative et de ses performances stables.
Matériaux céramiques utilisés dans les restaurations dentaires
Les matériaux de restauration dentaire doivent subir des tests biologiques rigoureux pour garantir qu'ils possèdent non seulement les propriétés mécaniques, physiques et chimiques requises pour une utilisation clinique, mais aussi une bonne biocompatibilité. Ces dernières années, avec le développement continu de la science et de la technologie des matériaux et l'amélioration continue du niveau de vie des personnes, les matériaux céramiques, les matériaux composites à base de résine, les matériaux métalliques, les nano-résines 3M, les vitrocéramiques et d'autres matériaux ont progressivement été largement utilisés.
(1) Céramiques d'alumine
Les céramiques d'alumine sont des solides ou des poudres cristallines blanches présentant une stabilité chimique et des propriétés mécaniques remarquables. En tant que matériau de restauration dentaire, l'alumine a la couleur et la transmittance de la lumière qui correspondent à celles des dents réelles, répond aux exigences esthétiques et présente les avantages d'une faible toxicité pour les tissus fibreux in vitro.
(2) Céramiques de zircone
À la fin du 20e siècle, la zircone a été développée comme matériau de restauration dentaire. Les céramiques de zircone ont une résistance à l'usure, une résistance à la corrosion et une résistance aux températures élevées importantes, de bons effets optiques, conviennent à la restauration dentaire et ont une résistance élevée. La zircone a une forte stabilité et une bonne biocompatibilité. Par rapport à l'alumine, elle a une résistance à l'usure et une ténacité plus élevées. Elle convient à la production de valves, d'os artificiels en céramique composite, d'articulations de la hanche, d'os et de racines dentaires.
(3) Verre bioactif
Le verre bioactif est un biomatériau artificiel qui peut se lier au tissu osseux et se connecter aux tissus mous en même temps. Il possède d'excellentes propriétés telles que la biocompatibilité, une faible toxicité, le guidage osseux et la formation osseuse, et a de bons effets hémostatiques et antibactériens. Il peut réaliser des fonctions biologiques et physiologiques spécifiques lorsqu'il est implanté dans le corps. Le verre bioactif peut être utilisé comme transplantation osseuse, matériau de remplissage osseux, matériau d'entretien et de reconstruction de crête alvéolaire et matériau de revêtement d'implant oral.
(4) Céramiques d'hydroxyapatite
L'hydroxyapatite appartient au système cristallin hexagonal et est une céramique bioactive typique. Sa composition est proche des composants inorganiques du tissu osseux naturel et présente une bonne biocompatibilité. Il est non seulement sûr et non toxique lorsqu'il est implanté dans le corps, mais peut également conduire la croissance osseuse. C'est un excellent matériau bioactif. Il est souvent utilisé dans le domaine de la médecine bucco-dentaire pour la réparation des défauts osseux parodontaux et les implants de racines dentaires artificielles.
(5) Céramiques au phosphate tricalcique
Le phosphate tricalcique est une céramique au phosphate de calcium importante avec une bonne biocompatibilité et biotoxicité. Le phosphate tricalcique peut être transformé en composants structuraux creux d'une certaine taille et forme en fonction des exigences de taux de dégradation des différentes parties et de différentes propriétés osseuses, et peut être utilisé pour traiter diverses maladies orthopédiques. De plus, le phosphate tricalcique a les caractéristiques biologiques d'induire la régénération osseuse périapicale et la formation de ponts calciques pulpaires, et est largement utilisé et apprécié dans le domaine de la médecine bucco-dentaire.
(6) Porcelaine feldspathique
La porcelaine feldspathique est un verre feldspathique borosilicaté à structure granulaire irrégulière répartie dans la matrice de verre. Il est utilisé dans les facettes dentaires antérieures, les couronnes complètes et les incrustations dentaires postérieures. Il a de bons effets esthétiques et une abrasion proche des dents naturelles. Après le meulage et le polissage, il peut être utilisé en bouche.
(7) Céramiques de verre
Les céramiques de verre sont des solides polycristallins avec une distribution uniforme et dense de phase de verre et de phase cristalline dans une matrice de verre obtenue par une série de procédures de traitement thermique. Ils sont également appelés verre microcristallin. Les céramiques de verre sont devenues le matériau préféré pour la restauration esthétique des dents antérieures en raison de leur transmittance et de leur saturation proches des dents naturelles. Les céramiques de verre ont non seulement une excellente résistance à la corrosion et à l'usure, mais leur résistance à la flexion et leur ténacité à la fracture peuvent également être contrôlées en ajustant le processus de traitement thermique du processus de cristallisation. Par conséquent, des produits adaptés à différentes utilisations ont été développés les uns après les autres.
(8) Céramiques composites
Les céramiques composites sont un nouveau type de matériau composite résine-céramique qui combine les caractéristiques des céramiques traditionnelles avec de nouveaux matériaux de traitement de résine. Son avantage est qu'il peut être réalisé à l'aide de la technologie CAO/FAO. De plus, comme les céramiques composites contiennent une grande quantité de composants en résine, une fois la restauration endommagée, il est facile de la réparer avec de la résine.
La clé pour améliorer l’efficacité du broyeur à boulets
Facteurs affectant l'efficacité de broyage
L'efficacité de broyage est un indicateur important des performances du broyeur à boulets, qui est essentiel pour améliorer l'efficacité du traitement des minéraux et réduire la consommation d'énergie.
Les propriétés des matériaux sont des facteurs de base, et la dureté, la ténacité, la densité et les caractéristiques de fracture affectent la difficulté de broyage.
Les paramètres de fonctionnement du broyeur ont un impact significatif sur l'efficacité, tels que la vitesse, le taux de remplissage, la taille et le type de support. L'optimisation de la vitesse peut maximiser l'impact et le frottement, et le taux de remplissage approprié assure un contact efficace entre le matériau et le support. Le type et la taille des supports de broyage sont également importants. Des supports de différents matériaux et tailles affecteront l'efficacité de broyage. Le choix du bon support peut améliorer l'effet de broyage.
Le choix du processus de broyage affecte également l'efficacité. Le broyage humide convient aux besoins en particules fines et le broyage à sec convient aux matériaux à faible teneur en eau.
La conception et l'entretien du broyeur sont également essentiels. La conception structurelle affecte l'efficacité de broyage et un entretien inapproprié réduira l'efficacité.
Vitesse du broyeur à boulets
Selon le théorème de l'énergie cinétique, lorsque la masse d'un objet est constante, plus la vitesse de l'objet est élevée, plus l'énergie qu'il transporte est élevée. De même, plus la vitesse du bol de broyage du broyeur à boulets est élevée, plus l'énergie de broyage et de broyage transportée par les particules du support particulaire est élevée et meilleur est l'effet de broyage et de broyage, mais il peut y avoir des problèmes tels qu'une consommation d'énergie accrue, une perte accrue du support particulaire lui-même et un échauffement important dans le bol de broyage ; si la vitesse du bol de broyage est trop faible, l'énergie transportée par le support particulaire peut ne pas être suffisante pour réaliser le broyage et le broyage du matériau, et il ne jouera pas un rôle de broyage.
Taux de remplissage du support particulaire
Le taux de remplissage fait référence au rapport entre le volume interne du bol de broyage occupé par le support particulaire à l'état lâche et le volume réel du bol de broyage. Le taux de remplissage du support particulaire dans le bol de broyage est l'un des facteurs clés affectant l'efficacité de broyage.
Taille des particules du support particulaire
Selon l'équation d'impulsion de l'objet, des objets de masses différentes transportent une énergie cinétique différente à la même vitesse. Dans les milieux particulaires du même matériau, la taille des particules détermine la masse d'une seule particule. Par conséquent, le choix de la taille de particule appropriée du milieu particulaire peut améliorer efficacement l'efficacité du broyage.
Rapport de billes
Le rapport de billes est le rapport entre le matériau et le milieu de broyage, qui a également un impact significatif sur l'efficacité du broyage. Un rapport de billes approprié peut garantir que le milieu de broyage transfère efficacement l'énergie au matériau. La détermination du rapport de billes doit tenir compte des caractéristiques du matériau, du type de broyeur et de la finesse de broyage attendue.
Volume d'eau de broyage
Pendant le processus de broyage humide, le volume d'eau de broyage a un impact direct sur l'efficacité de broyage et la concentration de la boue. La fluidité de la boue doit être contrôlée en ajustant le volume d'eau pour assurer une bonne interaction entre le milieu et le matériau, tout en évitant de surcharger le broyeur et de réduire l'efficacité de broyage.
Taille et rapport des billes d'acier
Dans le fonctionnement du broyeur à boulets, la bille d'acier est le milieu de broyage, et sa taille et son rapport ont une influence décisive sur l'efficacité de broyage. Une taille et un rapport de billes d'acier appropriés peuvent améliorer efficacement l'efficacité de broyage du matériau, réduire la consommation d'énergie et prolonger la durée de vie du broyeur.
Amélioration du processus et de l'équipement
Un autre moyen essentiel d'améliorer le taux de fonctionnement du broyeur à boulets est l'amélioration du processus et de l'équipement. Avec le développement continu de la technologie moderne et les progrès de la science des matériaux, le processus et l'équipement de broyage à boulets traditionnels sont confrontés à la nécessité d'une mise à niveau et d'une transformation.
Analyse et prévention des défauts
L'efficacité et la stabilité de fonctionnement du broyeur à boulets affectent directement la qualité et l'efficacité de l'ensemble du processus de production. Cependant, dans le processus de fonctionnement à long terme, en raison de l'influence de divers facteurs internes et externes, le broyeur à boulets présente souvent divers défauts, tels qu'une température élevée du palier principal, un bruit de fonctionnement anormal, un ventre bombé et d'autres problèmes, qui non seulement affecteront l'efficacité de la production, mais peuvent également endommager l'équipement et augmenter les coûts de production.
Comment le sulfate de baryum joue-t-il un rôle important dans la production de batteries ?
Le composant principal de la barytine est le sulfate de baryum (BaSO4), et ses utilisations les plus connues sont les agents de lestage des boues de forage pétrolier, les produits chimiques à base de baryum et les matières premières pour la radioprotection nucléaire.
Le sulfate de baryum présente les avantages d'une forte inertie chimique, d'une bonne stabilité, d'une résistance aux acides et aux alcalis, d'une dureté modérée, d'une densité élevée, d'une blancheur élevée et de la capacité d'absorber les rayons nocifs. C'est un matériau respectueux de l'environnement. Le sulfate de baryum nano de haute pureté a non seulement les utilisations du sulfate de baryum ordinaire, mais a également d'autres utilisations spéciales. Par exemple, il est largement utilisé dans les secteurs industriels tels que les revêtements, la fabrication du papier, le caoutchouc, l'encre et les plastiques.
Le sulfate de baryum a également une utilisation importante - l'extenseur inorganique le plus couramment utilisé dans la fabrication de batteries. En tant que nouvelle énergie de base, renouvelable et recyclable, les batteries sont largement utilisées dans divers domaines tels que les transports, les communications, l'électricité, les chemins de fer, la défense nationale, les ordinateurs et la recherche scientifique.
En tant que nouveau minéral énergétique, le sulfate de baryum joue un rôle très important dans la production de batteries. La principale raison de la réduction de la durée de vie de la batterie est la sulfatation de la plaque négative de la batterie. Par conséquent, dans les batteries au plomb-acide, le rôle principal du sulfate de baryum est d'améliorer l'activité de la plaque négative, d'empêcher la plaque de durcir et de prolonger la durée de vie de la batterie.
Dans la pâte de plomb négative de la batterie, du sulfate de baryum précipité avec d'excellentes propriétés de remplissage et des propriétés stables est généralement utilisé pour réduire le degré de sulfatation de l'électrode négative de la batterie. Les raisons sont les suivantes :
1. Le sulfate de baryum et le sulfate de plomb ont la même structure en treillis, ce qui permet au sulfate de plomb (PbSO_4) produit par l'électrode négative de la batterie à l'aide du sulfate de baryum (BaSO4) d'être réparti uniformément dans différentes positions de la plaque, inhibant ainsi la sulfatation irréversible et prolongeant la durée de vie de la batterie.
2. Le sulfate de baryum précipité a une petite taille de particule et une bonne dispersibilité. Des expériences ont montré qu'en l'absence d'agglomération, plus la taille des particules de sulfate de baryum est petite, plus le degré de sulfatation de l'électrode négative de la batterie est faible.
3. Le sulfate de baryum précipité est d'une grande pureté, ne contient presque pas de fer et n'est pas facile à décharger. Lorsque la batterie est déchargée, le PbSO4 peut avoir plus de centres cristallins, mieux empêcher la surface spécifique du plomb de rétrécir, améliorer l'activité de la plaque d'électrode négative, empêcher la plaque de durcir et prolonger la durée de vie de la batterie.
4. Le sulfate de baryum est extrêmement inerte et ne participe pas au processus redox de l'électrode. Il sépare mécaniquement le plomb du plomb ou du sulfate de plomb, maintenant ainsi une surface spécifique bien développée du matériau de l'électrode.
Fibre à haute conductivité thermique : ouverture d'une nouvelle ère de gestion thermique
À l'ère actuelle du développement technologique rapide, les problèmes de gestion thermique sont devenus l'un des principaux défis auxquels sont confrontés de nombreux domaines. Des besoins de dissipation thermique des équipements électroniques à la régulation de la température des vêtements fonctionnels, de la protection thermique dans l'aérospatiale à l'optimisation de la conduction thermique dans le domaine des nouvelles énergies, les fibres à haute conductivité thermique sont progressivement devenues le centre de la recherche et de l'industrie avec leurs performances uniques et leurs vastes perspectives d'application.
Avec le développement rapide de l'aérospatiale, des puces électroniques, de l'intelligence artificielle et d'autres domaines, les besoins d'application de la dissipation thermique à haute puissance et de la dissipation thermique ont mis en avant des exigences de plus en plus élevées pour les matériaux à haute conductivité thermique. Les fibres à haute conductivité thermique, telles que les fibres de carbone à base de brai mésophasé, les fibres de nitrure de bore, les fibres de nanotubes de carbone, les fibres de graphène, etc., présentent non seulement une excellente conductivité thermique élevée, mais ont également une résistance mécanique élevée, une conductivité thermique directionnelle et une aptitude au tissage. Ce sont des matériaux idéaux pour l'intégration structurelle et fonctionnelle des applications de dissipation thermique à haute puissance.
1. Excellente conductivité thermique : La caractéristique la plus notable de la fibre à haute conductivité thermique est son excellente conductivité thermique. Par rapport aux fibres traditionnelles, les fibres à haute conductivité thermique peuvent transférer la chaleur plus rapidement, réduire efficacement la température locale et améliorer l'efficacité de la conduction thermique. Cette caractéristique confère aux fibres à haute conductivité thermique des avantages uniques en termes de dissipation et de conduction thermiques.
2. Bonnes propriétés mécaniques : en plus de la conductivité thermique, les fibres à haute conductivité thermique ont généralement de bonnes propriétés mécaniques, telles qu'une résistance élevée, une ténacité élevée et une résistance à l'usure.
3. Légèreté et flexibilité : les fibres à haute conductivité thermique ont généralement un poids plus léger et une bonne flexibilité, et peuvent être tissées, tissées ou composites selon différents besoins pour fabriquer des matériaux de formes et de structures diverses.
4. Stabilité chimique : les fibres à haute conductivité thermique ont généralement une bonne stabilité chimique et peuvent maintenir leurs performances stables dans différents environnements chimiques. Cela permet aux fibres à haute conductivité thermique d'être utilisées dans diverses conditions de travail difficiles, telles que des températures élevées, des pressions élevées, des environnements corrosifs, etc.
Domaines d'application des fibres à haute conductivité thermique
1. Dissipation thermique des équipements électroniques : à mesure que les performances des équipements électroniques continuent de s'améliorer, leur problème de dissipation thermique est devenu de plus en plus important. Les fibres à haute conductivité thermique peuvent être utilisées comme matériaux de dissipation de chaleur et appliquées aux radiateurs, aux dissipateurs de chaleur et à d'autres composants d'équipements électroniques pour améliorer efficacement l'efficacité de dissipation de chaleur des équipements électroniques, réduire les températures de fonctionnement et prolonger la durée de vie des équipements.
2. Vêtements fonctionnels : Les fibres à haute conductivité thermique peuvent être utilisées dans les vêtements fonctionnels, tels que les vêtements de sport, les vêtements d'extérieur, etc., pour réguler la température du corps humain. Dans un environnement froid, les fibres à haute conductivité thermique peuvent transférer rapidement la chaleur générée par le corps humain, maintenir la température à l'intérieur des vêtements dans un état relativement stable, réduire l'accumulation de chaleur à l'intérieur des vêtements, évitant ainsi la transpiration due à la surchauffe, puis empêchant la transpiration de donner au corps humain une sensation de froid dans un environnement à basse température ; dans un environnement chaud, les fibres à haute conductivité thermique peuvent transférer rapidement la chaleur externe à la surface du corps humain, dissiper la chaleur par évaporation de la sueur et garder le corps au frais.
3. Aérospatiale : Dans le domaine de l'aérospatiale, les fibres à haute conductivité thermique peuvent être utilisées comme matériaux de protection thermique dans la coque extérieure, le moteur et d'autres pièces d'aéronefs, réduisant efficacement la chaleur générée par l'aéronef pendant le vol à grande vitesse et améliorant la sécurité et la fiabilité de l'aéronef. En outre, les fibres à haute conductivité thermique peuvent également être utilisées dans la dissipation thermique des équipements électroniques, le contrôle thermique des satellites et d'autres aspects dans le domaine de l'aérospatiale.
4. Nouveau domaine énergétique : Dans le domaine des nouvelles énergies, les fibres à haute conductivité thermique peuvent être utilisées comme séparateurs de batterie, matériaux d'électrode, etc. pour améliorer l'efficacité de charge et de décharge et la sécurité des batteries. En outre, les fibres à haute conductivité thermique peuvent également être utilisées dans la gestion thermique des nouveaux équipements énergétiques tels que les cellules solaires et les piles à combustible pour améliorer les performances et la stabilité des équipements.
Domaines d'application du noir de carbone conducteur
Le noir de carbone conducteur est un noir de carbone spécial typique dont la conductivité est généralement comprise entre 10-1 et 10-2S/cm. Le noir de carbone conducteur présente les avantages d'une conductivité électrique et thermique élevée, d'un faible coût de production, d'une stabilité à l'oxydation et d'une faible densité, et présente des avantages évidents par rapport aux poudres métalliques ou aux charges de fibres.
Domaine des batteries
Batterie lithium-ion :
LiFePO4, LiNiO2, LiCoO2 et d'autres matériaux actifs d'électrode positive sont des semi-conducteurs ou des isolants dont la conductivité n'est que de 10-9 à 10-3S/cm. Des additifs conducteurs doivent être ajoutés pour améliorer leur conductivité.
Pendant le processus de charge et de décharge, le matériau de l'électrode négative se dilate et se rétrécit à plusieurs reprises en raison de l'insertion/extraction de Li+, ce qui détruit le canal d'insertion de Li+ et réduit la capacité de décharge.
Autres batteries :
Batterie nickel-hydrogène : Appliquée à l'électrode négative, en tant que porteur d'électrons et additif conducteur, elle aide le matériau de l'électrode négative à mieux réaliser les réactions électrochimiques, à réduire la polarisation de l'électrode, à améliorer les performances de charge et de décharge de la batterie et sa durée de vie, et à réduire les réactions secondaires telles que la génération de gaz.
Batterie nickel-cadmium : Agit sur l'électrode négative pour améliorer la conductivité du matériau de l'électrode négative, réduire la résistance interne de la batterie, améliorer la capacité de décharge de courant important et l'efficacité de charge et de décharge, et réduire les pertes d'énergie et la génération de chaleur.
Domaine des produits en caoutchouc et en plastique
Produits antistatiques :
La fabrication de produits en caoutchouc antistatiques, tels que des feuilles de caoutchouc antistatiques, des bandes transporteuses antistatiques, des semelles en caoutchouc, des produits en caoutchouc médical, etc., peut empêcher efficacement la génération et l'accumulation d'électricité statique et éviter les dommages causés par l'électricité statique aux équipements et au personnel.
La production de produits en plastique conducteur, tels que des films conducteurs, des fibres conductrices, des produits en cuir conducteur, etc., a des applications importantes dans l'emballage électronique, le blindage électromagnétique et d'autres domaines.
Produits en caoutchouc et en plastique ordinaires : il peut améliorer la conductivité du caoutchouc et du plastique, leur donner certaines propriétés antistatiques, réduire l'impact de l'électricité statique sur les produits et améliorer les propriétés mécaniques et les propriétés de traitement des matériaux.
Domaine des matériaux de câbles
Matériau de blindage des câbles d'alimentation
Interférences anti-électromagnétiques : dans les câbles d'alimentation, du noir de carbone conducteur peut être ajouté à la couche de blindage du câble pour protéger efficacement les interférences électromagnétiques externes et garantir que le signal d'alimentation transmis par le câble est stable et précis.
Distribution homogénéisée du champ électrique : pendant le fonctionnement du câble, la distribution inégale du champ électrique interne peut provoquer des problèmes tels qu'une décharge partielle, affectant la durée de vie et la sécurité du câble.
Matériaux de câbles semi-conducteurs
Couche de blindage semi-conductrice : couche de blindage semi-conductrice utilisée pour les câbles moyenne et basse tension. Le noir de carbone conducteur peut être mélangé à des matériaux de base tels que le caoutchouc ou le plastique pour former un matériau composite semi-conducteur.
Amélioration des performances de traitement : l'ajout de noir de carbone conducteur peut améliorer les performances de traitement des matériaux de câbles, les rendant plus faciles à extruder et à façonner, et améliorant l'efficacité de la production et la qualité du produit.
Industrie de l'impression et du revêtement électroniques
Encre conductrice et revêtement conducteur :
L'ajout de noir de carbone conducteur peut rendre les encres et les revêtements conducteurs, et ils sont utilisés dans les circuits imprimés (PCB), les écrans électroniques, les revêtements de blindage électromagnétique et d'autres domaines.
Impression électronique :
Le noir de carbone conducteur peut être utilisé pour fabriquer des vêtements antistatiques, des textiles intelligents, etc. Dans certains environnements de travail qui nécessitent un antistatique, le port de vêtements antistatiques peut éviter les dommages causés par l'électricité statique aux équipements électroniques et les dommages au corps humain.
Autres domaines
Piles à combustible : dans les piles à combustible à électrolyte polymère, le noir de carbone conducteur peut être utilisé dans l'électrode à combustible et l'électrode à air comme porteur d'électrons et porteur de catalyseur pour favoriser la réaction électrochimique entre le combustible (comme l'hydrogène) et l'oxydant (comme l'oxygène), et améliorer l'efficacité et les performances de production d'énergie des piles à combustible.
Supercondensateurs : Le noir de carbone conducteur peut améliorer la conductivité et la capacité des électrodes des supercondensateurs, leur permettant de stocker et de libérer rapidement des charges, avec une densité énergétique et une densité de puissance plus élevées.
Domaines aérospatial et militaire : Utilisé pour fabriquer des matériaux de blindage antistatique et électromagnétique, tels que les revêtements de coque d'avion, les matériaux de coque de missile, etc., pour réduire l'impact de l'électricité statique sur les équipements et améliorer les performances furtives des équipements.
6 formes cristallines de carbonate de calcium
Le carbonate de calcium peut être divisé en forme cubique, en fuseau, en chaîne, sphérique, en flocons, en aiguilles, etc. selon la forme cristalline. Différentes formes de carbonate de calcium ont des domaines d'application et des fonctions différents.
Par conséquent, afin de répondre aux besoins de diverses industries pour différents produits de carbonate de calcium cristallin, il est nécessaire d'utiliser des méthodes de contrôle de la forme cristalline pour contrôler le processus de cristallisation du carbonate de calcium afin de produire des produits avec différentes formes cristallines.
1. Carbonate de calcium cubique
Le soi-disant cubique fait référence au carbonate de calcium dont les cristaux sont présentés sous forme de cubes au microscope électronique à transmission.
La production industrielle montre que dans le processus de production de carbonate de calcium de sodium à l'aide d'une technologie à basse température, sans ajouter d'agent de contrôle de la forme cristalline, le contrôle de la température de carbonatation peut obtenir un produit de carbonate de calcium cubique. La structure cristalline du carbonate de calcium précipité dépend en grande partie de la température à laquelle il est formé. Tant que la température à laquelle le noyau cristallin est formé est inférieure à 30°C, il peut être carbonisé en carbonate de calcium cubique.
2. Carbonate de calcium en forme de rose et en forme de fuseau
Le carbonate de calcium en forme de rose et en forme de fuseau est généralement utilisé dans la fabrication du papier, du caoutchouc, du plastique, du revêtement et d'autres industries, en particulier dans le papier à cigarette de haute qualité, ce qui peut améliorer les performances de combustion et la perméabilité à l'air du papier à cigarette.
La principale méthode de production de carbonate de calcium en forme de fuseau dans mon pays est la suivante : à température ambiante, la concentration de lait de chaux est contrôlée à environ 35 % (rapport pondéral) et 30 à 40 % (rapport volumique) de gaz mixte CO2 sont introduits dans le réacteur pour la carbonisation. Le processus de carbonisation est effectué à température ambiante. En raison de la réaction exothermique, la température du réacteur passe de la température ambiante à environ 75 °C. La morphologie du produit est principalement fusiforme et la taille des particules est généralement de quelques microns.
3. Carbonate de calcium en chaîne
Le carbonate de calcium ultrafin en forme de chaîne est composé de plusieurs à des dizaines de grains fins de carbonate de calcium reliés les uns aux autres et présente une structure en chaîne. Avec différentes conditions de synthèse, il y aura différentes tailles de particules et différents rapports d'aspect.
Le carbonate de calcium ultrafin en forme de chaîne a un excellent effet de renforcement sur le caoutchouc naturel et le caoutchouc synthétique. En tant que charge de renforcement, il peut remplacer partiellement le noir de carbone ou le noir de carbone blanc, réduisant considérablement les coûts de production. De plus, le carbonate de calcium ultrafin en forme de chaîne est utilisé comme additif dans les industries du revêtement, de la fabrication du papier et du plastique, montrant d'excellentes performances et ayant de larges perspectives d'application.
Il existe de nombreux rapports sur la synthèse du carbonate de calcium en forme de chaîne, mais la méthode générale consiste à ajouter un contrôleur de forme cristalline pour contrôler la croissance du noyau cristallin lorsque la suspension de Ca (OH) 2 devient une émulsion colloïdale visqueuse à mi-chemin pendant le processus de carbonisation. Les principaux contrôleurs de forme cristalline sont les sels de magnésium, les sels de potassium, les polyphosphates de sodium, les sels métalliques hydrosolubles et les agents chélateurs.
4. Carbonate de calcium sphérique
En raison de sa bonne douceur, de sa fluidité, de sa dispersibilité et de sa résistance à l'usure, le carbonate de calcium nano sphérique est largement utilisé dans le caoutchouc, la peinture de revêtement, l'encre, la médecine, le dentifrice et les cosmétiques.
Le carbonate de calcium sphérique est généralement préparé par réaction à basse température de sel de calcium et de carbonate dans une solution alcaline concentrée. Les principaux régulateurs de forme cristalline sont les sels de magnésium, les sels de potassium et le polyphosphate de sodium.
5. Carbonate de calcium en flocons
Le carbonate de calcium en flocons convient à l'industrie papetière et peut produire du papier avec une excellente absorption d'encre, une blancheur, une imprimabilité et une douceur excellentes. En tant que charge et agent de renforcement, le carbonate de calcium en flocons présente une douceur, une brillance, une résistivité et un coefficient d'élasticité élevés dans le mélange en raison de sa disposition non conventionnelle.
Lorsque le carbonate de calcium nano en flocons est utilisé pour le pigment du papier couché, il présente une bonne fluidité et une bonne dispersibilité, et a une brillance et une douceur supérieures au carbonate de calcium léger PCC à broche ordinaire.
6. Carbonate de calcium en aiguilles
Le carbonate de calcium en aiguilles a un grand rapport hauteur/largeur. Il peut améliorer considérablement la résistance aux chocs et la résistance à la flexion des plastiques lorsqu'il est utilisé comme charge pour les plastiques ; l'effet de renforcement est plus important lorsqu'il est utilisé dans le caoutchouc.
Application et transition de phase de différentes alumines cristallines
Dans les domaines de l'exploitation minière, de la céramique et de la science des matériaux, l'oxyde d'aluminium (formule chimique Al2O3), également connu sous le nom de bauxite, est un composé ionique doté de fortes liaisons chimiques. Il présente d'excellentes caractéristiques telles qu'une dureté élevée, une résistance mécanique élevée, une résistance à la corrosion chimique, une bonne résistance à l'usure et une bonne conductivité thermique. C'est une matière première chimique importante dans l'industrie.
Il existe deux principales façons d'organiser la structure cristalline de l'oxyde d'aluminium : l'une consiste à disposer les atomes d'oxygène en empilement hexagonal, et l'autre consiste à disposer les atomes d'oxygène en empilement cubique.
(1) Propriétés et applications de l'α-Al2O3
L'α-Al2O3 est communément appelé corindon. L'α-Al2O3 est un cristal blanc et est le type de cristal d'alumine le plus courant et le plus stable. Il appartient à la structure compacte trigonale. Dans la structure cristalline de l'α-Al2O3, les ions oxygène sont disposés selon un motif hexagonal compact, se répétant dans deux couches d'ABABAB... pour former plusieurs formes octaédriques, tandis que les ions aluminium remplissent les espaces entre chaque octaèdre.
Actuellement, l'α-Al2O3 est largement utilisé dans les matériaux abrasifs, les matériaux réfractaires, les substrats de circuits intégrés et les céramiques fonctionnelles structurelles.
(2) Propriétés et applications du β-Al2O3
Le β-Al2O3 est en fait un aluminate, qui est un composé composite composé d'oxydes métalliques et d'oxyde d'aluminium. Les ions métalliques tels que Na+ peuvent diffuser rapidement dans cette couche plane, de sorte que les cristaux de β-Al2O3 peuvent conduire l'électricité et constituent un type important d'électrolyte solide. Par conséquent, le β-Al2O3 peut être utilisé pour préparer des matériaux de diaphragme d'électrolyte solide dans les batteries sodium-soufre, et peut également jouer un rôle important dans la conduction ionique et l'isolation des électrodes positives et négatives de la batterie.
(3) Propriétés et applications de γ-Al2O3
Le γ-Al2O3 est l'oxyde d'aluminium à l'état de transition le plus couramment utilisé. Il n'existe pas dans la nature. Dans sa structure, les ions oxygène peuvent être approximés comme cubiques et étroitement regroupés, tandis que les ions aluminium sont répartis de manière irrégulière dans les vides octaédriques et tétraédriques formés par les ions oxygène, appartenant à la structure spinelle. Le processus de préparation du γ-Al2O3 est relativement simple et sa température de formation est relativement basse, généralement dans la plage de 500 à 700 °C. Le γ-Al2O3 est insoluble dans l'eau mais peut généralement être dissous dans un acide ou un alcali.
Transformation de phase de différentes alumines cristallines
Parmi les différentes formes cristallines, seul l'α-Al2O3 est une phase cristalline stable, et toutes les autres phases sont des phases de transition, qui sont dans un état thermodynamiquement instable. À mesure que la température augmente, l'alumine de transition instable peut se transformer en une phase stable, ce qui constitue une transformation irréversible de la reconstruction du réseau.
Pour obtenir de l'α-Al2O3 stable, un contrôle parfait du processus est nécessaire depuis le criblage initial du minerai, la synthèse de la poudre jusqu'au frittage. La préparation de l'alumine à haute température au pays et à l'étranger utilise généralement de l'hydroxyde d'aluminium industriel ou de l'alumine industrielle comme matières premières, forme une phase de transition par déshydratation, puis subit de multiples transformations de phase à haute température, et se transforme finalement en phase α-Al2O3.
La gibbsite (Al(OH)3) et la boehmite (AlOOH) sont les précurseurs les plus couramment utilisés pour la préparation de l'α-Al2O3. Dans le processus de traitement thermique initial, l'hydroxyde d'aluminium se transforme en alumine de transition sous la forme d'une structure métastable, et se termine finalement par la phase thermodynamiquement stable de l'α-Al2O3.
Dans l'industrie, différentes méthodes de calcination sont généralement utilisées pour transformer la phase métastable γ-Al2O3 en phase α-stable afin de préparer de l'α-Al2O3 de différentes morphologies. L'α-Al2O3 de différentes morphologies peut être produit en contrôlant différentes températures de calcination, en ajoutant différents types d'additifs, en utilisant des méthodes de broyage, etc. En général, des cristaux d'α-Al2O3 de différentes formes telles que des cristaux en forme de ver, de flocon, en forme de colonne, sphériques, sphériques et fibreux sont inclus.
Avec le développement rapide de l'industrie céramique, de l'industrie pharmaceutique, de l'industrie électronique et de l'industrie des machines, la demande du marché en alumine a encore beaucoup de marge de développement, de sorte que la recherche sur l'alumine revêt une importance capitale. La compréhension et la maîtrise de la structure cristalline et des propriétés de l'alumine sont une condition préalable importante à la préparation de poudre d'alumine. Différentes formes cristallines d'alumine ont des domaines d'application différents. L'α-Al2O3 est la plus stable de toutes les formes d'alumine. Lors de la production, différents types de cristaux d'α-Al2O3 sont généralement préparés en contrôlant l'environnement de croissance des cristaux d'α-Al2O3 pour répondre aux besoins des céramiques, des matériaux réfractaires et d'autres nouveaux matériaux fonctionnels pour différentes microstructures cristallines d'α-Al2O3.
Les principaux domaines d'application du graphène
(1) Application dans le domaine de l'électrochimie
Le graphène est un matériau carboné avec une structure en grille stratifiée. Il présente une excellente conductivité électrique, une stabilité chimique et une stabilité thermique. Il peut être utilisé dans les supercondensateurs, les batteries lithium-ion, les batteries sodium-ion, les batteries plomb-acide, les batteries lithium-soufre, les batteries métal-air, etc.
À l'avenir, la manière d'utiliser des matières premières bon marché et des processus simples pour obtenir une production de produits de haute qualité et de tirer pleinement parti des avantages structurels uniques du graphène pour différents dispositifs de stockage d'énergie électrochimique sera un point chaud de la recherche.
(2) Application dans le domaine des matériaux photocatalytiques
Le graphène présente une excellente conductivité électrique, des propriétés de transport d'électrons, une surface spécifique élevée et d'autres propriétés.
(3) Application dans le domaine des revêtements résistants à la corrosion
Les revêtements en graphène ont non seulement la protection cathodique des revêtements époxy riches en zinc et les propriétés de blindage des revêtements en flocons de verre, mais ont également une excellente adhérence, étanchéité et ténacité.
(4) Application dans le domaine biomédical
Étant donné que la surface du GO contient un grand nombre de groupes fonctionnels contenant de l'oxygène (-OH, -COOH, etc.), elle peut lui conférer une bonne hydrophilie et le GO bidimensionnel présente une bonne biocompatibilité, de sorte qu'il a des perspectives d'application potentielles dans les domaines biomédicaux tels que le chargement de médicaments et l'administration de gènes.
(5) Application dans le domaine des capteurs
Le graphène possède d'excellentes propriétés physiques et chimiques telles qu'une surface spécifique élevée, une conductivité et une biocompatibilité élevées, ce qui est propice à l'amélioration de la capacité d'adsorption des molécules sensibles et à l'augmentation de la vitesse des réactions biochimiques. Ces excellentes propriétés en font un matériau candidat idéal pour la préparation de capteurs.
(6) Application dans le domaine des circuits intégrés
Le graphène présente une bonne conductivité thermique et une bonne stabilité thermique, et peut être introduit dans des circuits à base de silicium pour atteindre l'objectif d'améliorer la dissipation rapide de la chaleur.
(7) Application dans le domaine des cellules solaires
Le graphène, en tant que semi-conducteur bidimensionnel sans espace unique, possède des propriétés telles qu'une mobilité élevée des porteurs de charge et une surface spécifique élevée. Le film préparé présente également une transparence optique, une conductivité et une flexibilité élevées. Par conséquent, le graphène a une large gamme d'applications dans la couche de transport d'électrons, la couche de transport de trous, la couche tampon, la contre-électrode, etc. dans les cellules solaires.
(8) Application dans le domaine des nanocomposites
Le graphène peut être combiné à d'autres matériaux de propriétés différentes pour former des matériaux composites en raison de sa structure poreuse lâche, de sa conductivité élevée et de sa résistance élevée. Avec d'excellentes propriétés telles qu'une résistance élevée, un module d'élasticité élevé, une surface spécifique élevée et une stabilité, les propriétés mécaniques des matériaux peuvent être efficacement améliorées ou renforcées.
(9) Application dans le domaine de l'absorption électromagnétique des micro-ondes
Le graphène a non seulement une structure physique et chimique unique et d'excellentes propriétés mécaniques et électromagnétiques, mais il possède également de bonnes propriétés d'absorption des micro-ondes. De plus, il peut être combiné à des nanoparticules magnétiques pour préparer un nouveau type de matériau absorbant. Ce matériau présente à la fois une perte magnétique et une perte électrique et a des perspectives d'application potentielles dans les domaines du blindage électromagnétique et de l'absorption des micro-ondes.
(10) Application dans d'autres domaines
Les groupes fonctionnels contenant de l'oxygène sur GO peuvent être adsorbés avec les sites actifs des tissus en coton. Le chargement de GO sur les tissus en coton peut améliorer efficacement les propriétés antibactériennes et de protection UV des tissus.
Le graphène est considéré comme un matériau de stockage d'hydrogène idéal en raison de ses excellentes performances, de sa grande surface spécifique et de sa résistance mécanique ultra-élevée.