Vaskkromiit, keemiline valem on CuCr2O4, CAS 12053-18-8. See on mitmetahulise kristallstruktuuriga tumeroheline pulber. Vastavalt erinevatele ettevalmistusmeetoditele ja pinna modifikatsioonidele võib sellel olla ka erineva suuruse ja kujuga osakesi, näiteks sfäärilisi, kuusnurkseid sambakujulisi või vardakujulisi jne. See on suurepärane elektri- ja soojusjuht. Kuna see sisaldab vaske, suudab see tõhusalt juhtida elektrit ja soojust. Tegelikult on sellel olulised rakendused elektroonikas ja külmutusseadmetes. Lahustuvus vees ja enamikus orgaanilistes lahustites on väga madal. See lahustuvuse piirang tagab toote suurepärase stabiilsuse ja korduvkasutatavuse katalüsaatorirakendustes. See on antiferromagnetiline materjal. Välisesse magnetvälja asetatuna joonduvad selle magnetmomendid välisele magnetväljale vastupidises suunas. Selle magnetismi tõttu on tootel katalüsaatorite kasutamisel eriefektid. See on anorgaaniline metalliühend. Seda ühendit kasutatakse keemiatööstuses laialdaselt katalüsaatorina. Katalüsaatorina on seda laialdaselt kasutatud ning see on näidanud oma ülikõrget kasutusväärtust ka elektroonika, kõvasulamite, külmutusseadmete, kütuseelementide, optilise klaasi ja pigmentide valdkonnas. Need kasutusalad ei kajasta mitte ainult toote suurepäraseid füüsikalisi omadusi mitmes aspektis, vaid illustreerivad ka selle laialdasi kasutusvõimalusi.
|
|
|
Vaskkromiit(keemiline valem CuCr2O4 või Cu2Cr2O5) kui spinell-tüüpi metallioksiid, mängib kosmosevaldkonnas asendamatut rolli tänu oma ainulaadsele kristallstruktuurile (vase ioonid hõivavad tetraeedrilised tühimikud, kroomiioonid jaotuvad oktaeedrilistes tühimike) ning suurepärase termilise stabiilsuse, keemilise stabiilsuse ja katalüütilise aktiivsuse tõttu. Selle rakendus kulgeb läbi mitme põhilüli, nagu raketimootorid, rakettide tõukejõusüsteemid, kosmoselaevade soojuskaitse, energia salvestamine ja muundamine, ning sellest on saanud võtmematerjal lennundustehnoloogia läbimurde edendamisel.
1. Põhifunktsioonid ja toimemehhanismid
See on tahkete komposiitraketikütuste üks olulisemaid põlemiskiiruse katalüsaatoreid. Selle metalliosakestel on suur eripind ja pinnaenergia, mis võib oluliselt parandada raketikütuste põlemiskiirust, vähendades samal ajal rõhuindeksit (põlemiskiiruse tundlikkust rõhumuutuste suhtes), võimaldades mootoril säilitada stabiilset põlemist laias rõhuvahemikus. Uuringud on näidanud, et osakeste suurusel on oluline mõju propellentide jõudlusele:
Osakeste suuruse vähendamine võib alandada madalal{0}}temperatuuril lagunemise aktiveerimisenergiat, suurendada kõrgel-temperatuuril lagunemise reaktsioonikiirust, parandades seeläbi kõrgrõhu{2}}põlemiskiirust ja vähendades rõhuindeksit. Näiteks kui oksokase osakeste suurus väheneb mikromeetri tasemelt nanomeetri tasemele, saab raketikütuse põlemiskiirust suurendada 15% -20% ja rõhuindeksit kõrgrõhu sektsioonis vähendada 0,2-0,3 võrra.
2. Valemi optimeerimine ja sünergilised efektid
Toimivuse edasiseks parandamiseks kasutatakse seda sageli koos teiste põlemiskiiruse katalüsaatoritega, nagu raudoksiidid ja süsinik-nanotorud. Näiteks HTPB (hüdroksüültermineeritud polübutadieen) komposiitraketikütustes võib oksokovase segamine ferrotseeniga vahekorras 3:1 suurendada põlemiskiirust 25% võrra, säilitades samal ajal rõhuindeksi alla 0,5. Lisaks tuleb selle osakeste suuruse jaotust rangelt kontrollida: liiga väike osakeste suurus võib kergesti põhjustada aglomeratsiooni ja mõjutada hajutatavust; Kui osakeste suurus on liiga suur, väheneb katalüütiline efektiivsus. Ühtse osakeste suurusega oksoko-vasepulbrit saab valmistada pihustuskuivatuse, kuuljahvatamise ja muude protsessidega, et tagada selle ühtlane jaotumine raketikütuses.
3. Tüüpilised rakendusjuhud
Raketimootor: Long Marchi seeria rakettide tahketes võimendites toimib see peamise põlemiskiiruse katalüsaatorina, võimaldades raketikütuse põlemiskiirusel jõuda 8–12 mm/s (atmosfäärirõhk), mis vastab kõrgetele tõukejõunõuetele raketi stardi ajal.
Raketi tõukejõusüsteem: teatud tüüpi ballistiliste rakettide kolmanda astme mootoris, mis on kombineeritud naatriumboorhüdriidi komposiitkatalüsaatoriga, suudab raketikütus vaakumkeskkonnas säilitada põlemiskiirust 6–8 mm/s, tagades raketi täpse tabamise sihtmärgile.
1. Kõrge temperatuuri stabiilsus ja antioksüdantne aktiivsus
When spacecraft re-enter the atmosphere, the surface temperature can exceed 2000 ℃, and traditional materials are prone to failure due to oxidation. It can maintain structural stability even at high temperatures (>1500 kraadi) ja selle pinnale moodustunud tihe kroomoksiidi (Cr ₂ O3) kiht võib tõhusalt takistada hapniku läbitungimist ja pikendada materjali kasutusiga. Näiteks tagasivoolukapsli termokaitsesüsteemis võib kate pikendada materjali temperatuuritaluvusaega 120 sekundilt 180 sekundini, andes garantii kosmoselaeva ohutuks maandumiseks.
2. Soojusšoki vastupidavus ja anti koorimine jõudlust
When spacecraft rapidly pass through the atmosphere, the surface temperature changes sharply (Δ T>1000 kraadi /s), mis võib kergesti põhjustada katte koorumist. Kristallistruktuuri optimeerimisega (nagu tera suuruse vähendamine ja tera piiri tiheduse suurendamine) saab termošoki jõudlust oluliselt parandada. Katsed on näidanud, et spetsiaalselt töödeldudvaskkromiitkate säilitab pärast 20 termotsüklit (2000 kraadi → toatemperatuur) üle 95% nakkuvuse, mis on palju parem kui traditsioonilised alumiiniumoksiidkatted (nakkuvus langeb 70%-ni).
3. Tüüpilised rakendusstsenaariumid
Tagastuskapsli termokaitseplaat: Shenzhou seeria kosmoseaparaadi tagasivoolukapslis kaetakse võtmeosadele (nt põhja- ja külgseinad) oksoko-vaskkate, mis on kombineeritud ränikarbiidkiud{0}}tugevdatud keraamilise maatriksiga komposiitmaterjaliga (C/SiC), et moodustada gradientne termokaitsestruktuur, mis võimaldab tagasivoolukapslil taluda soojust 50 m²/m² ja herne tihedusk.
Hypersonic aircraft nose cone: At the nose cone of a certain type of hypersonic aircraft (speed>5 Mach), volframil põhinev sulamist komposiitkate talub kõrgeid temperatuure kuni 2200 kraadi, säilitades samal ajal pinna kareduse Ra<0.8 μ m, reducing aerodynamic heating losses.
Kosmoselaeva energiasüsteem: energia salvestamise ja muundamise põhikeskus
1. Kütuseelemendi elektroodide materjalid
Tahkeoksiidkütuseelementides (SOFC) saab seda kasutada katoodmaterjalina ja selle spinelli struktuur pakub rohkelt hapnikuvabu kohti, edendades hapniku redutseerimise reaktsiooni (ORR) kineetikat. Uuringud on näidanud, et oksokovastsel põhinevate katoodide polarisatsioonitakistus 800 kraadi juures on vaid 0,1 Ω· cm ², mis on 67% madalam kui traditsioonilistel koobaltipõhistel katoodidel (0,3 Ω· cm ²), parandades oluliselt aku väljundvõimsuse tihedust (0,5 W/cm² kuni 0,8 W/cm²).
2. Vesiniku energia salvestamine ja muundamine
Sellel on vesinikuenergia valdkonnas mitu rakendust:
Fotokatalüütiline vesiniku tootmine: fotokatalüütilise vee jagamisreaktsiooni (2H ₂ O → 2H ₂+O ₂) abil võib katalüsaator saavutada ultraviolettvalguse kiiritamisel päikese vesinikuenergia muundamise efektiivsuse 4,2%, mis on 133% kõrgem kui traditsioonilisel TiO ₂ katalüsaatoril (1,8%).
Alkoholi reformimine vesiniku tootmiseks: metanooli aurureformimise reaktsioonis (CH∝ OH+H₂O → 3H₂+CO₂) võivad oksoko-vask-toega katalüsaatorid (nagu CuCr₂04/Al2O∝) saavutada vesiniku selektiivsuse 98% ja metanooli konversioonimäära üle 98%. stabiilne vesinikuallikas kosmoselaevade kütuseelementide jaoks.
3. Tüüpilised rakendusjuhud
Kuu baasenergiasüsteem: NASA kavandatud Kuu baasplaanis kasutatakse Kuu pinna päikesevalgusest vesiniku tootmiseks oksokoksel põhinevat fotokatalüütilist seadet koos kütuseelementidega, et saavutada 24-tunnine katkematu toiteallikas. Üks süsteem suudab toota kuni 10 kg vesinikku päevas, rahuldades kolme astronaudi igapäevased vajadused.
Marsikulguri toiteallikas: Marsikulguril "Perseverance" rakendati radioaktiivse isotoobi termoelektrilise generaatori (RTG) abienergiasüsteemile oksoko-vask-katalüsaatorit, mis pakkus kulgurile varutoidet metanoolireformi abil vesiniku tootmiseks, pikendades missiooni eluiga 14 aastani.
1. Heitgaaside puhastamise katalüsaator
CO ₂, astronautide hingamisel tekkivad lenduvad orgaanilised ühendid (LOÜ) ja kosmoselaeva suletud kabiinis olevate seadmete poolt eralduv NOx tuleb puhastada reaalajas. Katalüsaatorid võivad tõhusalt katalüüsida nende saasteainete oksüdatsiooni madalatel temperatuuridel (50-100 kraadi):
CO oksüdatsioon: CuCr₂O4/CeO2 komposiitkatalüsaatori toimel saab CO 80 kraadi juures reaktsioonikiirusega 0,5mol/(g · h) täielikult muundada CO₂-ks.
Lenduvate orgaaniliste ühendite eemaldamine: tüüpiliste lenduvate orgaaniliste ühendite (nt formaldehüüdi ja benseeni) puhul ületab oksokask-katalüsaatori mineralisatsioonimäär 99%, vältides sekundaarset reostust.
2. Veetöötlusmaterjalid
Kosmoselaeva veeringlussüsteemis saab seda kasutada adsorbendina raskmetalliioonide (nagu Hg ² ⁺, Pb ² ⁺) ja orgaaniliste saasteainete eemaldamiseks. Selle pinnal positiivse laenguga Cr OH rühmad suudavad elektrostaatilise adsorptsiooni ja kompleksi moodustumise kaudu püüda raskmetalliioone adsorptsioonivõimega 120 mg/g (Hg ² ⁺), mis on 140% suurem kui aktiivsöel (50 mg/g).
3. Tüüpilised rakendusstsenaariumid
Rahvusvahelise kosmosejaama elu toetamise süsteem: Rahvusvahelise kosmosejaama hapniku regenereerimise süsteemis võib katalüsaatorikiht pidevalt töötada rohkem kui 5000 tundi, vähendades CO ₂ kontsentratsiooni 10 000 ppm-lt alla 100 ppm, taastades samal ajal 95% hapnikust.
Kuu baasi veepuhastusüksus: NASA Kuu baasprogrammisvaskkromiitastronautide uriini ja kondensaadi töötlemiseks kasutatakse adsorptsioonikolonne ning heitvee kvaliteet vastab NASA standarditele (orgaaniline süsinik kokku<0.1mg/L, no heavy metals detected).
Tulevikuväljavaated: läbimurdelised rakendused tärkavates valdkondades
1. Nanooksokokso- ja kvanttehnoloogia
Juhtides sünteesitingimusi (nt solvotermiline meetod, matriitsi meetod), oksokovasest osakeste suurusega kvantpunktid<10nm can be prepared. Its quantum confinement effect can significantly enhance catalytic activity and optical performance:
Kvantarvuti: kvantpunktid võivad olla kvantbittide kandidaatmaterjalid, mille pöörlemisaeg jääb millisekunditesse, pakkudes võimalusi tahkis{0}}kvantarvutite ehitamiseks.
Fotokatalüütiline täiustamine: Nano oksokopsi neeldumistegur nähtava valguse piirkonnas on 5 korda kõrgem kui puistematerjalidel ja fotokatalüütilise vesiniku tootmise efektiivsus võib ulatuda 8% -ni, lähenedes kaubanduslikule künnisele (10%).
3. Biosobivus ja kosmosemeditsiin
Uuringud on näidanud, et pinnaga modifitseeritud oksokovast nanoosakestel (nagu polüetüleenglükooliga kaetud) on hea biosobivus ja neid saab kasutada ravimikandjate või biosensoritena:
Astronaudi terviseseire: oksokopar-põhised andurid suudavad tuvastada astronaudi kehavedelikes metaboliite, nagu glükoos ja laktaat, reaalajas pM-taseme tundlikkusega.
Kiirguskaitse: Oxocopper nanoosakesed võivad absorbeerida suure{0}energiaga osakesi kosmilistes kiirtes, vähendades astronaudi DNA kahjustusi ja suurendades kaitsetõhusust 30% võrreldes traditsioonilise pliivarjega.
2. 3D-printimine ja kohandatud tootmine
Kombineerides 3D-printimise tehnoloogiat, nagu selektiivne laserpaagutamine (SLS), saab otse valmistada keerulisi oksoko-vasepõhiseid konstruktsioonikomponente (nagu põlemiskambrid ja termokaitseplaadid), saavutades "disaini tootmise integreerimise". Näiteks SLS-i trükitud oksoko-vask/polüimiidi komposiitmaterjalide tihedus on 40% madalam kui traditsioonilistel valanditel, säilitades samal ajal 90% mehaanilised omadused.
See on oluline katalüsaator, mida kasutatakse laialdaselt keemiatööstuses.
1. Keemiline kaas-sadestamise meetod:
Keemiline kaas{0}}sadestamine on sageli kasutatav meetod toote valmistamiseks. See meetod nõuab Cu(NO3)2·6H2O ja Cr(NO3)3·9H2O vesinikkloriidhappe ja ammoniaagivee kombineeritud toimel ning seejärel toote röstimine umbes 500 kraadi juures, et saada puhasvaskkromiit. Sünteesimeetodil on suur täpsus ja reaktsioonitingimusi on lihtne kontrollida, seega on see praktilistes rakendustes suhteliselt levinud.
2. Sol-geeli meetod:
Sol{0}}geelmeetod on meetod toote sünteesimiseks lahusreaktsiooni teel. See meetod vajab CuSO lisamist4 ja NH4CrO4 vastavalt deioniseeritud vette ja seejärel kasutada NH-d4OH või NaOH pH reguleerimiseks kolloidse lahuse saamiseks. Kolloidne lahus aurutatakse kuivaks, et moodustada geel, ja seejärel töödeldakse kaltsineerimistemperatuuril umbes 600 kraadi, et saada lõpuks puhas toode. Võrreldes teiste sünteetiliste meetoditega on selle meetodi eeliseks osakeste suuruse, kristallstruktuuri jms täpne kontroll, mistõttu on seda praktilistes rakendustes laialdaselt kasutatud.
Ühesõnaga, seda saab sünteesida erinevate meetoditega, nagu keemiline kaassadestamismeetod, sool{0}}geelmeetod, gaasifaasi reaktsioonimeetod, ultraheli-sünteesi meetod ja mallimeetod. Erinevatel sünteesimeetoditel on oma omadused ja eelised, seega saab valida sobiva sünteesimeetodi vastavalt konkreetsetele vajadustele.
|
Keemiline valem |
CrCuO3 |
|
Täpne missa |
163 |
|
Molekulmass |
164 |
|
m/z |
163 (100.0%), 165 (44.6%), 164 (11.3%), 161 (5.2%), 166 (5.1%), 165 (2.8%), 163 (2.3%), 167 (1.3%) |
|
Elementaaranalüüs |
Kr, 31,79; Cu, 38,86; O, 29,35 |
See on topeltmetallioksiid ja selle molekulaarstruktuuri omadused on selle katalüütilise jõudluse ja rakenduse jaoks väga olulised.
Oksokask kuulub kaksikmetallioksiidi hulka, selle molekulaarstruktuur on keeruline ja struktuure on palju. Kõige tavalisem on CuCr2O4kristallstruktuur, selle võre parameetrid on a=8.105Å, c=8.924Å, ta kuulub kuupkristallide süsteemi ja ruumirühm on Fd-3m. CuCr2O4kristallstruktuur koosneb Cu-st2+ ja Cr3+ ioonid vaheldumisi paigutatud, iga Cu2+ioon koordineerib kuue Cr3+ioonid ja iga Cr3+iooni koordinaadid nelja Cu-ga2+ioonid ja kaks O2-ioonid.
CuCr2O4 kristallstruktuuris on Cu keskmine sideme pikkus2+ioonide laius on 0,2077 nm, Cr-i sideme keskmine pikkus3+ioonide laius on 0,2130 nm ja sideme keskmine pikkus O2-ioonid on 0,1379 nm. CuCr ioonide raadiuse erinevuse tõttu2O4kristallstruktuuriga on rohkem koordineerivaid geomeetrilisi isomeere, nagu trigonaalne faas, tetragonaalne faas, oktaeedriline faas ja dodekaeedriline faas. Need erinevad koordinatsiooni geomeetrilised isomeerid võivad mõjutada toote omadusi ja rakendusi.
Selle molekulaarstruktuur on tihedalt seotud selle füüsikaliste omadustega. See on kõrge termilise stabiilsuse ja keemilise vastupidavusega must pulber. Tänu oma erilisele kristallstruktuurile on sellel hea elektrijuhtivus ja magnetism ning seda on laialdaselt kasutatud osades elektroonikakomponentides ja magnetmaterjalides. Lisaks on sellel teatud termiline tundlikkus ja selle soojuspaisumise koefitsienti saab reguleerida kristallstruktuuri muutmisega.
Sellel on oma keerulise molekulaarstruktuuri tõttu teatud adsorptsiooniomadused. Uuringud on näidanud, et sellel on hea katalüütiline aktiivsus ja selektiivsus ning seda saab laialdaselt kasutada olulise katalüsaatorina erinevates keemilistes reaktsioonides. Seda kasutatakse sageli orgaanilistes sünteesireaktsioonides, nagu oksüdatsioon, hüdroksüülimine, hüdrogeenimine ja muud reaktsioonid. Selle katalüütilist toimet realiseerivad peamiselt Cu-st moodustunud aktiivsed keskused2+ja Cr3+ ioonid pinnal hapnikuvabu kohti. Lisaks on sellel ka teatud adsorptsiooniomadused, mis võivad adsorbeerida mõningaid väikeseid molekulaarseid aineid, nagu gaas ja vesi.
Kokkuvõtteks võib öelda, et kahekordse metalloksiidinavaskkromiitmolekulaarstruktuur on selle katalüütilise jõudluse ja rakenduse jaoks väga oluline. C-toote kristallstruktuur on keeruline, seal on mitu koordinatsiooni geomeetrilist isomeeri, selle füüsikalised omadused on head, sellel on kõrge termiline stabiilsus ja keemiline vastupidavus ning selle katalüütiline aktiivsus ja selektiivsus keemilistes reaktsioonides on peamiselt pinna kaudu Cu poolt moodustatud aktiivtsentrid.2+ja Cr3+ioonid hapnikuvabu töökohtadel realiseeritakse.
Kuum tags: vaskkromiit cas 12053-18-8, tarnijad, tootjad, tehas, hulgimüük, ost, hind, lahtiselt, müük