Bakır kromitkimyasal formülü CuCr'dir2O4, CAS 12053-18-8. Çok yüzlü kristal yapıya sahip koyu yeşil bir tozdur. Farklı hazırlama yöntemlerine ve yüzey modifikasyonlarına göre küresel, altıgen sütunlu veya çubuk şeklinde vb. gibi farklı parçacık boyutları ve şekilleri de sergileyebilir. Mükemmel bir elektrik ve termal iletkendir. Bakır içerdiğinden elektriği ve ısıyı verimli bir şekilde iletebilmektedir. Aslında elektronik ve soğutma ekipmanlarında önemli uygulamalara sahiptir. Suda ve çoğu organik çözücüde çözünürlüğü çok düşüktür. Bu çözünürlük sınırlaması, ürüne mükemmel stabilite ve katalizör uygulamalarında yeniden kullanılabilirlik sağlar. Antiferromanyetik bir malzemedir. Dış manyetik alana yerleştirildiğinde manyetik momentleri dış manyetik alanın tersi yönde hizalanır. Bu manyetizma, ürünün katalizörlerin uygulanmasında özel etkilere sahip olmasını sağlar. İnorganik bir metal bileşiğidir. Bu bileşik kimya endüstrisinde katalizör olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Katalizör olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır ve elektronik, sert alaşımlar, soğutma ekipmanları, yakıt hücreleri, optik cam ve pigmentler alanlarında da son derece yüksek uygulama değerini göstermiştir. Bu kullanımlar yalnızca ürünün birçok açıdan mükemmel fiziksel özelliklerini yansıtmakla kalmaz, aynı zamanda geniş uygulama olanaklarını da gösterir.
|
|
|
Bakır kromit(kimyasal formül CuCr2O4 veya Cu2Cr2O5), spinel tipi bir metal oksit olarak, benzersiz kristal yapısı (bakır iyonları tetrahedral boşlukları işgal eder, krom iyonları oktahedral boşluklara dağılır) ve mükemmel termal stabilitesi, kimyasal stabilitesi ve katalitik aktivitesi nedeniyle havacılık alanında yeri doldurulamaz bir rol oynar. Uygulaması, roket motorları, füze tahrik sistemleri, uzay aracı termal koruması, enerji depolama ve dönüşümü gibi çok sayıda temel bağlantı üzerinden yürütülmektedir ve havacılık ve uzay teknolojisindeki atılımları teşvik etmek için önemli bir malzeme haline gelmiştir.
1. Temel işlevler ve etki mekanizmaları
Kompozit katı yakıtlardaki en önemli yanma hızı katalizörlerinden biridir. Metal parçacıkları yüksek bir spesifik yüzey alanına ve yüzey enerjisine sahiptir; bu, itici gazların yanma hızını önemli ölçüde artırabilir, aynı zamanda basınç endeksini (yanma hızının basınç değişikliklerine duyarlılığı) azaltarak motorun geniş bir basınç aralığında istikrarlı yanmayı sürdürmesine olanak tanır. Araştırma parçacık boyutunun itici yakıtların performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir:
Parçacık boyutunun küçültülmesi, düşük-sıcaklıktaki ayrışma aktivasyon enerjisini azaltabilir, yüksek-sıcaklıktaki ayrışma reaksiyon hızını artırabilir, böylece yüksek-basınçlı yanma hızını iyileştirebilir ve basınç endeksini azaltabilir. Örneğin oksobakırın parçacık boyutu mikrometre seviyesinden nanometre seviyesine düştüğünde itici gazın yanma hızı %15 -%20 artırılabilir ve yüksek basınç bölümündeki basınç indeksi 0,2-0,3 oranında azaltılabilir.
2. Formül optimizasyonu ve sinerjik etkiler
Performansı daha da arttırmak için genellikle demir oksitler ve karbon nanotüpler gibi diğer yanma hızı katalizörleriyle birlikte kullanılır. Örneğin, HTPB (hidroksil sonlu polibütadien) kompozit itici gazlarda, oksobakırın ferrosen ile 3:1 oranında karıştırılması, basınç indeksini 0,5'in altında tutarken yanma oranını %25 artırabilir. Ayrıca parçacık boyutu dağılımının sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir: çok küçük bir parçacık boyutu kolaylıkla topaklanmaya neden olabilir ve dağılabilirliği etkileyebilir; Parçacık boyutu çok büyükse katalitik verim düşecektir. Düzgün parçacık boyutuna sahip oksobakır tozu, itici gazda eşit dağılımını sağlamak için püskürtmeli kurutma, bilyeli öğütme ve diğer işlemlerle hazırlanabilir.
3. Tipik uygulama durumları
Roket motoru: Long March serisi roketlerin katı iticilerinde ana yanma hızı katalizörü olarak görev yaparak itici yakıtın yanma hızının 8-12 mm/s'ye (atmosferik basınç) ulaşmasını sağlayarak roket kalkışı sırasındaki yüksek itki gereksinimlerini karşılar.
Füze tahrik sistemi: Belirli bir tür balistik füzenin üçüncü aşama motorunda, sodyum borohidrit kompozit katalizör ile birleştirilmiş itici gaz, vakum ortamında 6-8 mm/s'lik bir yanma hızını koruyarak füzenin hedefi tam olarak vurmasını sağlar.
1. Yüksek sıcaklık stabilitesi ve antioksidan aktivite
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 derece) ve yüzeyinde oluşan yoğun krom oksit (Cr₂ O3) tabakası, oksijen geçirgenliğini etkili bir şekilde önleyebilir ve malzemenin ömrünü uzatabilir. Örneğin geri dönüş kapsülünün termal koruma sisteminde kaplama, malzemenin sıcaklığa dayanıklılık süresini 120 saniyeden 180 saniyeye çıkararak uzay aracının güvenli inişini garanti altına alabiliyor.
2. Termal şok direnci ve soyulma önleyici performans
When spacecraft rapidly pass through the atmosphere, the surface temperature changes sharply (Δ T>1000 derece/s), kaplamanın kolayca soyulmasına neden olabilir. Kristal yapıyı optimize ederek (tane boyutunun azaltılması ve tane sınırı yoğunluğunun arttırılması gibi), termal şok performansı önemli ölçüde iyileştirilebilir. Deneyler özel olarak işlenmiş olduğunu göstermiştir.bakır kromitkaplama, 20 termal döngüden (2000 derece → oda sıcaklığı) sonra %95'in üzerinde yapışmayı korur; bu, geleneksel alümina kaplamalardan çok daha iyidir (yapışma %70'e düşer).
3. Tipik uygulama senaryoları
Dönüş kapsülü için termal koruma döşemesi: Shenzhou serisi uzay aracının dönüş kapsülünde, geri dönüş kapsülünün 50MW/m²'lik bir tepe ısı akısı yoğunluğuna dayanmasını sağlayan bir gradyan termal koruma yapısı oluşturmak üzere silisyum karbür fiber-takviyeli seramik matris kompozit malzeme (C/SiC) ile birleştirilmiş önemli parçalara (alt ve yan duvarlar gibi) oksobakır kaplama uygulanır.
Hypersonic aircraft nose cone: At the nose cone of a certain type of hypersonic aircraft (speed>5 Mach), tungsten bazlı alaşımlı kompozit kaplama, Ra yüzey pürüzlülüğünü korurken 2200 derecelik yüksek sıcaklıklara dayanabilir<0.8 μ m, reducing aerodynamic heating losses.
Uzay Aracı Enerji Sistemi: Enerji Depolama ve Dönüşümü için 'Çekirdek Merkez'
1. Yakıt hücresi elektrot malzemeleri
Katı oksit yakıt hücrelerinde (SOFC), katot malzemesi olarak kullanılabilir ve spinel yapısı bol miktarda oksijen boşluğu sağlayarak oksijen indirgeme reaksiyonunun (ORR) kinetiğini destekler. Araştırmalar, oksobakır bazlı katotların 800 derecede polarizasyon direncinin yalnızca 0,1 Ω·cm² olduğunu göstermiştir; bu, geleneksel kobalt bazlı katotlardan (0,3 Ω·cm²) %67 daha düşüktür ve pil çıkış gücü yoğunluğunu önemli ölçüde artırır (0,5W/cm²'den 0,8W/cm²'ye).
2. Hidrojen enerjisinin depolanması ve dönüşümü
Hidrojen enerjisi alanında birden fazla uygulamaya sahiptir:
Fotokatalitik hidrojen üretimi: Fotokatalitik su ayırma reaksiyonu (2H ₂ O → 2H ₂+O ₂) aracılığıyla, katalizör, ultraviyole ışık ışınımı altında %4,2'lik bir güneş enerjisi hidrojen enerjisi dönüşüm verimliliğine ulaşabilir; bu, geleneksel TiO₂ katalizöründen (%1,8) %133 daha yüksektir.
Hidrojen üretimi için alkol reformasyonu: Metanol buhar reformasyonu reaksiyonunda (CH ∝ OH+H ₂ O → 3H ₂+CO ₂), oksobakır destekli katalizörler (CuCr ₂ O ₄/Al ₂ O ∝ gibi) %98'lik bir metanol dönüşüm oranı ve %95'in üzerinde bir hidrojen seçiciliği elde ederek uzay aracı yakıt hücreleri için stabil bir hidrojen kaynağı sağlayabilir.
3. Tipik uygulama durumları
Ay Üssü Enerji Sistemi: NASA'nın önerdiği ay üssü planında, 24 saat kesintisiz güç kaynağı elde etmek için yakıt hücreleriyle birlikte ay yüzeyindeki güneş ışığından hidrojen üretmek için oksobakır bazlı bir fotokatalitik cihaz kullanılıyor. Tek bir sistem günde 10 kg'a kadar hidrojen üreterek üç astronotun günlük ihtiyacını karşılayabiliyor.
Mars gezgini güç kaynağı: "Perseverance" Mars gezicisinde, radyoaktif izotop termoelektrik jeneratörünün (RTG) yardımcı enerji sistemine oksobakır katalizör uygulandı, hidrojen üretmek için metanol reformasyonu yoluyla geziciye yedek güç sağladı ve görev ömrünü 14 yıla çıkardı.
1. Egzoz gazı arıtma katalizörü
Astronotların solunumu tarafından üretilen CO₂, uçucu organik bileşikler (VOC'ler) ve uzay aracının kapalı kabinindeki ekipman tarafından yayılan NOx'in gerçek zamanlı olarak saflaştırılması gerekir. Katalizörler, bu kirleticilerin oksidasyonunu düşük sıcaklıklarda (50-100 derece) verimli bir şekilde katalize edebilir:
CO oksidasyonu: CuCr ₂ O ₄/CeO ₂ kompozit katalizörün etkisi altında CO, 0,5 mol/(g · h) reaksiyon hızıyla 80 derecede tamamen CO₂'ye dönüştürülebilir.
VOC'lerin giderilmesi: Formaldehit ve benzen gibi tipik VOC'ler için oksobakır katalizörünün mineralizasyon oranı %99'u aşarak ikincil kirliliği önler.
2. Su arıtma malzemeleri
Uzay aracı su döngüsü sisteminde ağır metal iyonlarını (Hg²⁺, Pb²⁺ gibi) ve organik kirleticileri uzaklaştırmak için adsorban olarak kullanılabilir. Yüzeyinde pozitif yüklü Cr OH grupları, aktif karbondan (50 mg/g) %140 daha yüksek olan 120 mg/g (Hg ² ⁺) adsorpsiyon kapasitesiyle, elektrostatik adsorpsiyon ve kompleksleşme yoluyla ağır metal iyonlarını yakalayabilir.
3. Tipik uygulama senaryoları
Uluslararası Uzay İstasyonu Yaşam Destek Sistemi: Uluslararası Uzay İstasyonunun oksijen rejenerasyon sisteminde, katalizör yatağı 5000 saatten fazla sürekli olarak çalışarak CO₂ konsantrasyonunu 10000 ppm'den 100 ppm'nin altına düşürürken oksijenin %95'ini geri kazanabilir.
Ay Üssü Su Arıtma Ünitesi: NASA'nın ay üssü programında,bakır kromitbazlı adsorpsiyon kolonları astronot idrarını ve yoğuşmasını arıtmak için kullanılır ve atık su kalitesi NASA standartlarını karşılar (toplam organik karbon)<0.1mg/L, no heavy metals detected).
Geleceğe bakış: Gelişmekte olan alanlarda çığır açan uygulamalar
1. Nano oksobakır ve kuantum teknolojisi
Sentez koşullarını kontrol ederek (solvotermal yöntem, şablon yöntemi gibi), parçacık boyutuna sahip oksobakır kuantum noktaları<10nm can be prepared. Its quantum confinement effect can significantly enhance catalytic activity and optical performance:
Kuantum hesaplama: Kuantum noktaları, milisaniye aralığındaki dönüş ömürleriyle kuantum bitleri için aday malzemeler olarak hizmet edebilir ve katı-kuantum bilgisayarları oluşturmak için olanaklar sağlar.
Fotokatalitik iyileştirme: Görünür ışık bölgesindeki nano oksobakırın soğurma katsayısı, dökme malzemelerinkinden 5 kat daha yüksektir ve fotokatalitik hidrojen üretim verimliliği, ticari eşiğe (%10) yaklaşarak %8'e ulaşabilir.
3. Biyouyumluluk ve Havacılık Tıbbı
Araştırmalar, yüzeyi değiştirilmiş oksobakır nanopartiküllerinin (polietilen glikol kaplı gibi) iyi bir biyouyumluluğa sahip olduğunu ve ilaç taşıyıcıları veya biyosensörler olarak kullanılabileceğini göstermiştir:
Astronot sağlığı izleme: Oxocopper tabanlı sensörler, astronot vücut sıvılarındaki glikoz ve laktat gibi metabolitleri pM seviyesi hassasiyetiyle gerçek zamanlı olarak tespit edebiliyor.
Radyasyondan korunma: Oksobakır nanopartikülleri, kozmik ışınlardaki yüksek-enerjili parçacıkları emebilir, astronot DNA'sındaki hasarı azaltabilir ve geleneksel kurşun korumaya kıyasla koruma verimliliğini %30 artırabilir.
2. 3D baskı ve özelleştirilmiş üretim
Seçici lazer sinterleme (SLS) gibi 3 boyutlu baskı teknolojisini birleştirerek karmaşık oksobakır bazlı yapısal bileşenler (yanma odaları ve termal koruma levhaları gibi) doğrudan hazırlanarak "tasarım üretim entegrasyonu" elde edilebilir. Örneğin, SLS ile basılan oksobakır/poliimid kompozit malzemeler, geleneksel dökümlere göre %40 daha düşük bir yoğunluğa sahipken %90 mekanik özellikleri korur.
Kimya endüstrisinde yaygın olarak kullanılan önemli bir katalizördür.
1. Kimyasal birlikte-çöktürme yöntemi:
Kimyasal birlikte çöktürme, ürünü hazırlamak için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntem Cu(NO)'nun birlikte-çökelmesini gerektirir3)2·6H2O ve Cr(HAYIR3)3·9H2O, hidroklorik asit ve amonyak suyunun birleşik etkisi altında ve daha sonra ürünün yaklaşık 500 derecede kavrularak saf hale getirilmesibakır kromit. Sentez yöntemi yüksek doğruluktadır ve reaksiyon koşullarını kontrol etmek kolaydır, bu nedenle pratik uygulamalarda nispeten yaygındır.
2. Sol-jel yöntemi:
Sol-jel yöntemi, ürünü çözelti reaksiyonuyla sentezlemeye yönelik bir yöntemdir. Bu yöntemin CuSO'yu eklemesi gerekiyor4 ve NH4CRO4 sırasıyla deiyonize suya ve ardından NH kullanın4Koloidal bir çözelti üretmesini sağlamak için pH'ı ayarlamak için OH veya NaOH. Kolloidal çözelti kuruyana kadar buharlaştırılarak bir jel oluşturulacak ve daha sonra yaklaşık 600 derecelik kalsinasyon sıcaklığında işlenerek saf ürün elde edilecek. Diğer sentetik yöntemlerle karşılaştırıldığında bu yöntem, parçacık boyutunun, kristal yapısının vb. hassas kontrolü gibi avantajlara sahiptir, bu nedenle pratik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kısaca, kimyasal birlikte çökeltme yöntemi, sol-jel yöntemi, gaz fazı reaksiyon yöntemi, ultrasonik-yardımlı sentez yöntemi ve şablon yöntemi gibi çeşitli yöntemlerle sentezlenebilir. Farklı sentetik yöntemlerin kendine has özellikleri ve avantajları vardır, dolayısıyla özel ihtiyaçlara göre uygun bir sentetik yöntem seçilebilir.
|
Kimyasal Formül |
CrCuO3 |
|
Tam Kütle |
163 |
|
Molekül Ağırlığı |
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%) |
|
Element Analizi |
Cr, 31.79; Cu, 38.86; Ey, 29.35 |
Çift metal oksittir ve moleküler yapı özellikleri, katalitik performansı ve uygulaması açısından büyük önem taşımaktadır.
Oxocopper çift metal okside aittir, moleküler yapısı karmaşıktır ve birçok yapı vardır. En yaygın olanı CuCr'dir.2O4kristal yapısı, kafes parametreleri a=8.105Å, c=8.924Å'dur, kübik kristal sistemine aittir ve uzay grubu Fd-3m'dir. CuCr2O4kristal yapı Cu'dan oluşur2+ ve Cr3+ iyonlar dönüşümlü olarak düzenlenmiştir, her Cu2+iyon altı Cr ile koordine edilir3+iyonlar ve her bir Cr3+iyon dört Cu ile koordinatlar2+iyonlar ve iki O2-iyonlar.
CuCr2O4 kristal yapısında Cu'nun ortalama bağ uzunluğu2+iyonlar 0,2077 nm'dir, Cr'nin ortalama bağ uzunluğu3+iyonlar 0,2130 nm'dir ve O'nun ortalama bağ uzunluğu2-iyonlar 0.1379nm'dir. CuCr'deki iyon yarıçapındaki farklılık nedeniyle2O4Kristal yapısında, trigonal faz, tetragonal faz, oktahedral faz ve dodekahedral faz gibi daha fazla koordinasyon geometrik izomerleri vardır. Bu farklı koordinasyon geometrik izomerleri ürünün özelliklerini ve uygulamalarını etkileyebilir.
Moleküler yapısı fiziksel özellikleriyle yakından ilgilidir. Yüksek termal kararlılığa ve kimyasal dirence sahip siyah bir tozdur. Özel kristal yapısı nedeniyle iyi elektriksel iletkenliğe ve manyetizmaya sahiptir ve bazı elektronik bileşenlerde ve manyetik malzemelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca belirli bir termal hassasiyete sahiptir ve kristal yapısı değiştirilerek termal genleşme katsayısı ayarlanabilir.
Karmaşık moleküler yapısı nedeniyle belirli adsorpsiyon özelliklerine sahiptir. Çalışmalar, iyi bir katalitik aktiviteye ve seçiciliğe sahip olduğunu ve çeşitli kimyasal reaksiyonlarda önemli bir katalizör olarak yaygın şekilde kullanılabileceğini göstermiştir. Genellikle oksidasyon, hidroksilasyon, hidrojenasyon ve diğer reaksiyonlar gibi organik sentez reaksiyonlarında kullanılır. Katalitik etkisi esas olarak Cu'nun oluşturduğu aktif merkezler tarafından gerçekleştirilir.2+ve Cr3+ yüzeydeki oksijen boşluklarındaki iyonlar. Ayrıca gaz ve su gibi bazı küçük moleküler maddeleri adsorbe edebilen belirli adsorpsiyon özelliklerine de sahiptir.
Sonuç olarak çift metal oksit olarakbakır kromit'nin moleküler yapısı, katalitik performansı ve uygulaması açısından büyük önem taşımaktadır. Cürünün kristal yapısı karmaşıktır, çoklu koordinasyon geometrik izomerleri vardır, fiziksel özellikleri iyidir, yüksek termal stabiliteye ve kimyasal dirence sahiptir ve kimyasal reaksiyonlardaki katalitik aktivitesi ve seçiciliği esas olarak Cu'nun oluşturduğu yüzey Aktif merkezleri aracılığıyladır.2+ve Cr3+oksijen boşluklarındaki iyonlar gerçekleşir.
Popüler Etiketler: bakır kromit cas 12053-18-8, tedarikçiler, üreticiler, fabrika, toptan satış, satın al, fiyat, toplu, satılık