द्वारा Nanostructured yttria स्थिर-YSZ (zirconia) scaffolds के उच्च तापमान निर्माण<em> सीटू</em> कार्बन Templating xerogels
Summary
1,000 डिग्री सेल्सियस और 1400 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर झरझरा, nanostructured yttria स्थिर-YSZ (zirconia) scaffolds fabricating के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया है।
Abstract
80 मीटर 2 · जी -1 ट्यूनेबल विशिष्ट सतह क्षेत्रों के साथ scaffolds – हम (92 मोल% zirconia YSZ, 8 मोल% yttria) झरझरा, nanostructured yttria स्थिर-zirconia के उच्च तापमान निर्माण के लिए एक विधि का प्रदर्शन। एक zirconium नमक, yttrium नमक, और ग्लूकोज की एक जलीय घोल एक जेल के रूप में प्रोपलीन ऑक्साइड (पीओ) के साथ मिश्रित है। जेल परिवेश की स्थिति के तहत सुखाया जाता है एक xerogel बनाने के लिए। xerogel छर्रों में दबाया जाता है और फिर एक आर्गन वातावरण में sintered। sintering के दौरान, एक YSZ चीनी मिट्टी चरण रूपों और जैविक घटकों विघटित, अनाकार कार्बन अकेली रह गई। कार्बन सीटू का गठन, एक कठिन टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है तापमान sintering पर एक उच्च सतह क्षेत्र YSZ nanomorphology संरक्षण। कार्बन बाद में कम तापमान पर हवा में ऑक्सीकरण से निकाल दिया जाता है, एक झरझरा, nanostructured YSZ पाड़ में जिसके परिणामस्वरूप। कार्बन टेम्प्लेट और अंतिम पाड़ सतह क्षेत्र की एकाग्रता व्यवस्थित किया जा सकता हैly जेल संश्लेषण में ग्लूकोज एकाग्रता में परिवर्तन करके देखते। कार्बन टेम्पलेट एकाग्रता thermogravimetric विश्लेषण (TGA), सतह क्षेत्र और छेद के आकार वितरण शारीरिक सोखना मापन के द्वारा निर्धारित किया गया था का उपयोग कर मात्रा निर्धारित किया गया था, और आकृति विज्ञान स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) का उपयोग कर विशेषता थी। चरण पवित्रता और स्फटिक आकार एक्सरे विवर्तन (XRD) का उपयोग कर निर्धारित किया गया था। यह निर्माण दृष्टिकोण एक उपन्यास, चीनी मिट्टी आधारित विद्युत ऊर्जा रूपांतरण अनुप्रयोगों के लिए अभूतपूर्व पाड़ सतह क्षेत्रों और nanomorphologies को साकार करने के लिए लचीला मंच, जैसे ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (SOFC) इलेक्ट्रोड प्रदान करता है।
Introduction
ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (SOFC) स्वच्छ बिजली के कुशल पीढ़ी के लिए एक वैकल्पिक ऊर्जा रूपांतरण तकनीक के रूप में महान वादा रखती है। 1 काफी प्रगति अनुसंधान और इस तकनीक के विकास में किया गया है; हालांकि, इलेक्ट्रोड प्रदर्शन में सुधार अभी भी विश्वसनीय व्यावसायीकरण को प्राप्त करने की जरूरत है। इलेक्ट्रोड अक्सर पाड़ सतह पर सजाया Electrocatalytic कणों के साथ एक झरझरा चीनी मिट्टी पाड़ शामिल हैं। अनुसंधान के बड़े समूह Electrocatalytic कणों की सतह क्षेत्र में वृद्धि प्रदर्शन, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 को बढ़ाने के लिए पर ध्यान केंद्रित किया है लेकिन वहाँ पाड़ सतह क्षेत्र को बढ़ाने पर बहुत कम शोध है। पाड़ सतह बढ़ाने सेक्षेत्र चुनौतीपूर्ण है क्योंकि वे, 1100 डिग्री सेल्सियस 1500 डिग्री सेल्सियस के लिए उच्च तापमान पर sintered कर रहे हैं।
पारंपरिक sintering द्वारा संसाधित scaffolds आम तौर पर 0.1-1 मीटर 2 · जी -1 का एक विशिष्ट सतह क्षेत्र है। 8, 9, 10, 11 वहाँ पाड़ सतह क्षेत्र बढ़ रही है पर कुछ रिपोर्ट होती हैं। एक मामले में, एक पारंपरिक रूप से निसादित पाड़ की सतह क्षेत्र Hydrofluoric एसिड का उपयोग कर विघटन और पाड़ सतह की वर्षा द्वारा बढ़ाया गया था, 2 मीटर 2 · जी -1 का एक विशिष्ट सतह क्षेत्र को प्राप्त करने। 12 एक और में, उच्च तापमान स्पंदित लेजर बयान का उपयोग करके पूरी तरह बचना थे, 20 मीटर 2 · जी -1 का एक विशिष्ट सतह क्षेत्र को प्राप्त करने। 13 हमारी तकनीक के विकास के पीछे तर्क एक कम लागत निर्माण का निर्माण करना थाप्रक्रिया अभूतपूर्व पाड़ सतह क्षेत्रों प्रदान करता है और पारंपरिक sintering तापमान इतना है कि प्रक्रिया को आसानी से अपनाया जा सकता है का उपयोग करता है। साथ तकनीक यहां सूचना दी, 80 मीटर 2 तक पाड़ सतह क्षेत्रों · जी -1, जबकि परंपरागत sintering तापमान पर कार्रवाई की जा रही प्रदर्शन किया गया है। 14
हमारे शोध मुख्य रूप से SOFC इलेक्ट्रोड इंजीनियरिंग से प्रेरित है, लेकिन तकनीक अधिक मोटे तौर पर अन्य क्षेत्रों और आवेदन करने के लिए लागू होता है। आम तौर पर, सीटू कार्बन templating विधि एक लचीला दृष्टिकोण है कि नैनो संरचित, उच्च सतह क्षेत्र मिश्रित धातु पाउडर या झरझरा पाड़ के रूप में चीनी मिट्टी सामग्री का उत्पादन कर सकते है। ऐसा नहीं है कि मिश्रित धातु चीनी मिट्टी की संरचना, सतह क्षेत्र, सरंध्रता, और छेद के आकार सब व्यवस्थित नियोजित किया जा सकता में लचीला है। उच्च तापमान अक्सर मिश्रित धातु मिट्टी के पात्र में वांछित चरण के रूप में की जरूरत है, और इस दृष्टिकोण चीनी मिट्टी nanomorphology डब्ल्यू को बरकरार रखता हैhile की इजाजत दी एक अनिवार्य रूप से किसी भी प्रसंस्करण तापमान चयन करने के लिए।
इस विधि धातु आयनों की एक अच्छी तरह से परिभाषित stoichiometry और अकार्बनिक के अनुपात कार्बनिक सामग्री के साथ, एक संकर अकार्बनिक कार्बनिक प्रोपलीन-ऑक्साइड आधारित जेल के संश्लेषण शामिल है। जेल परिवेश की स्थिति के तहत सुखाया जाता है एक xerogel बनाने के लिए। xerogel वांछित तापमान पर एक आर्गन वातावरण में sintered है। हीटिंग पर, जैविक घटक सीटू एक कार्बन टेम्पलेट, जो sintering की अवधि के लिए रहता है पीछे छोड़ विघटित हो जाता है। कार्बन टेम्पलेट बाद में हवा में कम तापमान ऑक्सीकरण से निकाल दिया जाता है, एक नैनो संरचित, उच्च सतह क्षेत्र चीनी मिट्टी में जिसके परिणामस्वरूप।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस सीटू कार्बन templating दृष्टिकोण के साथ, एक बना सकते हैं और पारंपरिक चीनी मिट्टी पाड़ sintering तापमान पर मिश्रित धातु आक्साइड में nanomorphology रक्षा कर सकते हैं। जिसके परिणामस्वरूप सतह क्षेत्रों 80 बार करने के लिए ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम Wake Forest रसायन विज्ञान विभाग और जागो ऊर्जा, पर्यावरण के लिए वन केंद्र, और स्थिरता (Cees) द्वारा समर्थित किया गया। हम चार्ल्स मूनी और SEM इमेजिंग के साथ सहायता के लिए उत्तरी कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी के विश्लेषणात्मक इंस्ट्रूमेंटेशन सुविधा धन्यवाद।
Materials
| Zirconium (IV) chloride, 99.5+% | Alfa Aesar | 12104 | Air sensitive |
| Yttium (III) nitrate hexadydrate, 99.9% | Alfa Aesar | 12898 | Oxidizer |
| D+ Glucose Anhydrous, ≥ 99.5% | US Biological Life Sciences | G3050 | |
| (±)-Propylene Oxide, ≥ 99% | Sigma Aldrich | 110205 | Extremely flammable |
| Ethanol 200 Proof | Decon Laboratories, Inc. | 2716GEA | |
| Argon, (99.997%) | Airgas | AR 300 | Industrial grade |
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