陶瓷前驅體燃料電池領域的應用案例如下:①陶瓷質子膜燃料電池:清華大學助理教授董巖皓與合作者提出界面反應燒結概念,設計開發了可控表面酸處理和共燒技術,讓氧氣電極層和電解質層之間實現活性鍵合,改善了陶瓷質子膜燃料電池的電化學性能和穩定性。該器件在低至 350 攝氏度時仍具有鮮明的性能,在 600 攝氏度、450 攝氏度和 350 攝氏度的條件下,分別實現每平方厘米 1.6 瓦、每平方厘米 650 毫瓦和每平方厘米 300 毫瓦的峰值功率密度。②固體氧化物燃料電池:采用金屬醇鹽、金屬酸鹽或金屬鹵化物等作為陶瓷前驅體,通過溶膠 - 凝膠法、水熱法等制備技術,可以合成具有特定微觀結構和性能的陶瓷電解質和電極材料。例如,以釔穩定的氧化鋯(YSZ)陶瓷前驅體制備的電解質,具有良好的氧離子導電性,能夠在高溫下實現高效的氧離子傳導,提高燃料電池的性能。③鋰離子電池領域-正極材料:董巖皓與合作者提出滲鑭均勻包覆和陶瓷粉體行星式離心解團等多項創新技術,闡述了應力腐蝕斷裂主導的衰減機理,并修正傳統理論框架下的脆性機械斷裂認知。他們以鋰離子電池中常用的正極材料氧化鋰鈷為例,展示了有效的表面鈍化、抑制表面退化,以及改善的電化學性能,證明其高電壓穩定循環較大可達到 4.8 伏未來,陶瓷前驅體有望在更多領域實現產業化應用,推動相關行業的發展。北京耐高溫陶瓷前驅體纖維
后處理過程中,為了提高陶瓷材料的性能,可以采用以下2種方法:①燒結:根據陶瓷材料的種類和所需的性能,確定合適的燒結溫度和時間。高溫下的燒結能促進顆粒結合和晶體生長,增強陶瓷的力學性能。通常使用惰性氣氛(如氮氣或氬氣)來防止氧化和雜質的形成,以確保陶瓷的純度和穩定性。燒結過程需要使用專門設計的燒結爐,其具有精確的溫度控制和環境管理功能,以確保燒結過程的穩定性和一致性。②表面處理:使用研磨工具和材料對陶瓷成品進行研磨和拋光,去除表面的粗糙度、瑕疵和不規則性,使得陶瓷表面更加光滑和均勻,提高其耐腐蝕性和耐磨性。根據需求,對陶瓷成品進行涂層處理。涂層可提供額外的保護、改變表面性能或增加特定功能,常見涂層包括陶瓷涂層、金屬涂層和有機涂層等。內蒙古陶瓷樹脂陶瓷前驅體供應商磁性陶瓷前驅體可用于制備高性能的磁性陶瓷材料,應用于電子通訊和電力領域。
以下是一些可以輔助研究陶瓷前驅體熱穩定性的分析技術:熱機械分析(TMA)。①原理:在程序控溫下,測量陶瓷前驅體在受熱過程中尺寸或形變隨溫度的變化。通過記錄樣品的膨脹、收縮或其他尺寸變化,可以了解其在不同溫度下的熱膨脹行為和結構變化。②應用:確定陶瓷前驅體的熱膨脹系數,判斷其在加熱過程中是否發生相變、燒結等引起尺寸突變的現象。例如,在陶瓷前驅體的燒結過程中,TMA 可以監測其收縮行為,確定較適合燒結溫度范圍。
以下是一些可以輔助研究陶瓷前驅體熱穩定性的分析技術:掃描電子顯微鏡(SEM)結合能譜分析(EDS)。①原理:SEM 用于觀察陶瓷前驅體在不同溫度下的表面形貌變化,EDS 則可以分析樣品表面的元素組成和分布。通過對比不同溫度下的 SEM 圖像和 EDS 數據,可以了解前驅體的熱分解、氧化等反應對其表面形貌和元素組成的影響。②應用:觀察陶瓷前驅體在熱過程中的表面形貌演變,如晶粒生長、孔隙形成等,同時分析元素的遷移和變化,判斷其熱穩定性。例如,在研究陶瓷涂層的前驅體時,SEM-EDS 可以幫助了解涂層在高溫下的表面結構和成分變化,評估其熱穩定性和抗氧化性能。國家出臺了一系列政策支持陶瓷前驅體相關產業的發展。
陶瓷前驅體的制備方法主要有溶膠 - 凝膠法、聚合物前驅體法和有機 - 無機雜化法等。溶膠 - 凝膠法是制備氧化鋯、氧化鉿納米粉體的主要技術路線,優點是大幅拓展了陶瓷產物的種類,可制備出難熔金屬碳化物、硼化物和氮化物,但也存在有效濃度低、穩定性差、易沉降和析出、不易儲存等缺點。聚合物前驅體法包括金屬有機聚合物法和金屬雜化聚合物法,優點是可以實現對聚合物分子結構的多樣化設計,具有不需要碳熱或硼熱還原就能得到無氧難熔金屬陶瓷的優越性,容易實現對無氧陶瓷組成的控制等,但也存在 M-B 鍵多為離子鍵,穩定性較差等問題。有機 - 無機雜化法是將金屬或其氧化物粉體、含金屬的化合物分散于溶液之中,經后處理、熱解制備出超高溫陶瓷,優點是原料來源易得到、成本低廉,溶劑無毒性、對環境無污染,制備工藝簡單、周期短且可控程度高,對試驗設備要求低,但也存在此法制備的前驅體為非均相體系,穩定性差,所得陶瓷元素分布不均勻等缺點。國際上關于陶瓷前驅體的學術交流活動日益頻繁,促進了該領域的發展。浙江防腐蝕陶瓷前驅體廠家
陶瓷前驅體的交聯特性對陶瓷產品的微觀結構和性能有重要影響。北京耐高溫陶瓷前驅體纖維
研究陶瓷前驅體熱穩定性的實驗方法之一:熱分析技術。①熱重分析(TGA):通過測量陶瓷前驅體在受熱過程中的質量變化,來研究其熱分解、氧化等反應。可以獲得前驅體的起始分解溫度、分解速率、分解產物以及殘留量等信息,從而評估其熱穩定性。例如,若前驅體在較低溫度下就發生明顯的質量損失,說明其熱穩定性較差。②差示掃描量熱法(DSC):測量陶瓷前驅體在加熱或冷卻過程中與參比物之間的熱量差,能夠檢測到前驅體發生的相變、結晶、熔融等熱事件,確定其熱轉變溫度和熱效應大小。根據熱轉變溫度的高低和熱效應的強弱,可以判斷前驅體的熱穩定性。北京耐高溫陶瓷前驅體纖維