Aplicaciones del nitruro de boro en la salud
El nitruro de boro es un cristal molecular estratificado con una estructura de red regular hexagonal compuesta por el tercer elemento del grupo principal, el boro, y el quinto elemento del grupo principal, el nitrógeno. En la capa de cristal molecular, los átomos de boro y los átomos de nitrógeno se combinan mediante enlaces de coordinación, y la fuerza de unión del enlace de coordinación es muy fuerte, por lo que los átomos de B y los átomos de N en la capa están fuertemente unidos. Las capas están conectadas por enlaces moleculares. Dado que los enlaces moleculares son débiles, es muy fácil que se caiga entre las capas.
Según las diferentes formas cristalinas, la estructura cristalina del nitruro de boro se puede dividir principalmente en cuatro tipos: nitruro de boro hexagonal (h-BN), nitruro de boro cúbico (c-BN), nitruro de boro wurtzita (w-BN) y nitruro de boro romboédrico (r-BN). Entre ellos, el nitruro de boro hexagonal (h-BN) es el más utilizado.
Aplicación del nitruro de boro en el campo biomédico
El BN tiene una buena biocompatibilidad in vitro e in vivo, y tiene propiedades similares o incluso superiores a las de los materiales a base de grafeno en aplicaciones biológicas. Se puede utilizar en antibacterianos, administración de fármacos, agentes de administración de boro, ingeniería de tejidos, imágenes in vivo y otros campos.
(1) Antibacteriano
Recientemente, algunos estudios han descubierto que las nanohojas de nitruro de boro tienen efectos antibacterianos efectivos sobre las bacterias resistentes a los antimicrobianos (AMR) y tienen una buena biocompatibilidad en el cuerpo sin causar resistencia secundaria a los fármacos durante el uso a largo plazo.
(2) Administración de fármacos
El h-BN también se considera un portador de fármacos prometedor. Las nanohojas de nitruro de boro hexagonales (BNNS) se sintetizaron en grandes cantidades a la vez mediante el método de plantilla de sal e inhibieron eficazmente la proliferación del cáncer de mama en experimentos in vivo e in vitro, lo que indica el potencial de las BNNS en aplicaciones de administración de fármacos. Algunos estudios han descubierto que, al utilizar BN esférico como portador, el péptido natriurético cerebral cargado con ácido desoxirribonucleico penetra en las células tumorales IAR-6-1 a través de la vía de endocitosis y luego libera DOX en el citoplasma y el núcleo, atacando y matando así las células cancerosas.
(3) Ingeniería de tejidos
En el campo de los materiales dentales, los BNN se prepararon mediante molienda de bolas de alta energía y se dispersaron en una matriz de zirconia, y el polvo compuesto se consolidó mediante sinterización de plasma. La zirconia con BNN añadidos mostró una resistencia de hasta el 27,3% y una tenacidad a la fractura del 37,5%, e inhibió la degradación de la matriz de zirconia en un entorno húmedo, lo que demuestra el valor potencial de los BNN como refuerzo de material dental.
(4) Agente de suministro de boro
Debido a su alto contenido de boro y baja citotoxicidad, los nanomateriales de nitruro de boro se pueden utilizar como agentes de suministro de boro para la terapia de captura de neutrones de boro (BNCT). La BNCT es un nuevo tipo de tratamiento específico contra el cáncer que puede dirigirse a las células cancerosas y matarlas sin dañar las células normales. Se ha demostrado que los nanotubos de nitruro de boro modificados con polietilenglicol son agentes de administración de boro para la BNCT. La acumulación de boro en las células de melanoma B16 es aproximadamente tres veces mayor que la del agente de administración de boro de segunda generación BSH (tiododecaborano disódico). Los nanotubos de nitruro de boro modificados con polilisina y ácido fólico son absorbidos selectivamente por las células de glioblastoma multiforme después de acoplarse con puntos cuánticos fluorescentes. No solo se pueden utilizar como agentes de administración de boro para la BNCT, sino que también pueden rastrear el comportamiento intracelular de los fármacos. También se ha informado que las nanoesferas de nitruro de boro son un reservorio de boro de alta calidad para el tratamiento del cáncer de próstata. El nitruro de boro con cristalinidad controlable puede liberar boro de forma continua, reduciendo así la actividad de las células de cáncer de próstata e induciendo la apoptosis celular. El modelo tumoral in situ confirmó la eficacia anticancerígena in vivo de las esferas huecas de nitruro de boro.
Producción de polvo de sílice esférico
El polvo de silicio esférico tiene una pureza relativamente alta, partículas muy finas, buenas propiedades dieléctricas y conductividad térmica, y tiene las ventajas de un coeficiente de expansión bajo. Se usa ampliamente en el embalaje de circuitos integrados a gran escala, la industria aeroespacial, los recubrimientos, la medicina y los cosméticos diarios, y es un relleno importante insustituible.
Existen dos métodos para preparar micropolvos de silicio esférico: el método físico-químico y el método químico. Los métodos físico-químicos incluyen principalmente el método de llama, el método de deflagración, el método de pulverización de fusión a alta temperatura, el método de plasma y el método de combustión a baja temperatura autopropagante. El método químico incluye principalmente el método de fase gaseosa, el método de fase líquida (método sol-gel, método de precipitación, método de microemulsión), el método de síntesis química, etc. el control estricto de cada eslabón de producción es la clave para garantizar que la calidad del producto cumpla con los estándares.
La principal materia prima del micropolvo de silicio esférico es el micropolvo de silicio fundido angular o cristalino.
Estabilidad de las materias primas Las materias primas utilizadas para producir micropolvos de silicio esféricos son preferiblemente micropolvos de silicio angulares procesados a partir de la misma veta de mineral y el mismo proceso de producción, a fin de maximizar la uniformidad de las materias primas y garantizar que los productos con una alta tasa de esferoidización se produzcan bajo la condición de que la temperatura de esferoidización, el suministro de gas, la cantidad de alimentación, la presión, el caudal y otros factores permanezcan inalterados.
Los indicadores físicos y químicos de las materias primas deben controlarse dentro de un cierto rango. Los indicadores físicos y químicos de las materias primas fluctúan demasiado, lo que no solo afecta la temperatura de esferoidización, sino que también afecta la dispersión de las esferas.
Tamaño de partícula de la materia prima y distribución del tamaño de partícula Los diferentes tamaños de partículas tienen diferentes áreas de calentamiento y sus puntos de temperatura de pasivación después del calentamiento también son diferentes.
Dispersión de partículas de la materia prima Durante el procesamiento de micropolvos de silicio angular, especialmente micropolvos de silicio angular ultrafino, a menudo se produce una aglomeración secundaria del polvo debido al aumento de la energía superficial.
Contenido de humedad de las materias primas Si el micropolvo de silicio angular utilizado como materia prima del micropolvo de silicio esférico se ve afectado por factores como una protección inadecuada, un tiempo de almacenamiento demasiado prolongado y una humedad ambiental excesiva, provocará que el polvo absorba la humedad. , tenga un alto contenido de humedad y se aglomere, lo que también afectará el efecto de esferoidización del micropolvo de silicio esférico.
Los elementos radiactivos en las materias primas deben ser bajos En el caso de las materias primas para producir micropolvo de silicio esférico de baja radiación, solo cuando los propios elementos de radiación (como el uranio U, el torio Th, etc.) sean muy bajos , los productos producidos pueden cumplir con los requisitos del micropolvo de silicio esférico de baja radiación.
Hay dos vínculos en la modificación de la superficie del micropolvo de silicio esférico. Uno de ellos es dispersar las partículas aglomeradas secundarias de las materias primas de micropolvo de silicio esférico (micropolvo de silicio angular, especialmente micropolvo de silicio angular ultrafino) y realizar primero un tratamiento de activación de la superficie para dispersar las partículas antes de la esferización. Esto requiere que el dispersante de superficie utilizado se volátilice completamente a alta temperatura, de lo contrario provocará depósitos de carbono en el micropolvo de silicio esférico, lo que afectará la calidad del producto.
El segundo es la modificación tardía del micropolvo de silicio esférico. Cuando el micropolvo de silicio se utiliza como relleno inorgánico y se mezcla con resina orgánica, existen problemas de mala compatibilidad y dificultad de dispersión, lo que conduce a una mala resistencia al calor y a la humedad de materiales como los encapsulados y sustratos de circuitos integrados, lo que afecta la confiabilidad y estabilidad del producto. Para mejorar el problema de la unión de la interfaz entre el micropolvo de silicio y los materiales poliméricos orgánicos y mejorar su rendimiento de aplicación, generalmente es necesario modificar la superficie del micropolvo de silicio.
La clave para una modificación eficiente del polvo
La modificación de la superficie del polvo, también conocida como modificación de la superficie, tratamiento de la superficie, etc., se refiere al uso de ciertos métodos (físicos, químicos o mecánicos, etc.) para tratar, modificar y procesar la superficie de las partículas y cambiar intencionalmente las propiedades físicas y químicas de la superficie del polvo para cumplir con los requisitos del procesamiento y la aplicación del polvo. Por lo tanto, comprender las propiedades físicas y químicas de los polvos es crucial para cambiar eficazmente estas propiedades de la superficie del polvo para lograr una modificación eficiente del polvo.
Área de superficie específica
El área de superficie específica de los materiales en polvo está relacionada con su tamaño de partícula, distribución del tamaño de partícula y porosidad. Para los materiales en polvo, el área de superficie específica está relacionada con el tamaño de partícula. Cuanto más fina sea la partícula, mayor será el área de superficie específica; está relacionada con la rugosidad de la superficie de la partícula. Cuanto más rugosa sea la superficie, mayor será el área de superficie específica; está muy relacionada con los poros en la superficie de la partícula. El área de superficie específica del polvo poroso aumenta drásticamente. El área de superficie específica de los materiales en polvo con microporos desarrollados puede ser de hasta varios miles de metros cuadrados por gramo.
El área superficial específica es una de las propiedades superficiales más importantes de los materiales en polvo y una de las bases principales para determinar la cantidad de modificador de superficie. La cantidad de modificador de superficie está relacionada con el área superficial específica del polvo. Cuanto mayor sea el área superficial específica, más modificador de superficie se requiere para lograr la misma tasa de cobertura.
Energía superficial
La energía superficial del polvo está relacionada con su estructura, el tipo de enlace y la fuerza de enlace entre átomos, el número de átomos de la superficie y los grupos funcionales de la superficie. Después de triturar el material, se genera una nueva superficie y parte de la energía mecánica se convierte en energía superficial de la nueva superficie. En términos generales, cuanto mayor sea la energía superficial del polvo, más tiende a aglomerarse y más fuerte es la absorción y adhesión de agua.
Mojabilidad superficial
La mojabilidad o hidrofobicidad de la superficie del polvo inorgánico es una de las propiedades superficiales importantes de los rellenos para materiales compuestos a base de polímeros, como plásticos, cauchos, adhesivos y rellenos o pigmentos para recubrimientos oleosos.
Características de adsorción superficial
Cuando las moléculas (o átomos) en fase gaseosa o líquida chocan con la superficie del polvo, la interacción entre ellas hace que algunas moléculas (átomos, iones) permanezcan en la superficie del polvo, lo que hace que la concentración de estas moléculas (o átomos, iones) en la superficie del polvo sea mayor que en la fase gaseosa o líquida. Este fenómeno se llama adsorción. Los polvos suelen denominarse adsorbentes y las sustancias adsorbidas se denominan adsorbatos. Cuanto mayor sea la superficie específica del polvo, más significativo será el fenómeno de adsorción.
Propiedades eléctricas de la superficie
Las propiedades eléctricas de la superficie del polvo están determinadas por los iones cargados en la superficie del polvo, como H+, OH-, etc. Las propiedades eléctricas de los materiales en polvo en solución también están relacionadas con el valor de pH de la solución y el tipo de iones en la solución. La carga y el tamaño de la superficie del polvo afectan las fuerzas electrostáticas entre partículas, entre partículas y moléculas de surfactante y otras sustancias químicas, afectando así las características de cohesión y dispersión entre partículas y la adsorción de modificadores de superficie en la superficie de la partícula.
Propiedades químicas de la superficie
Las propiedades químicas de la superficie del polvo están relacionadas con la estructura cristalina, la composición química, los adsorbentes de superficie, etc. del material en polvo. Determina la actividad de adsorción y reacción química del polvo en determinadas condiciones, así como las propiedades eléctricas de la superficie y la humectabilidad, etc. Por lo tanto, tiene una influencia importante en su rendimiento de aplicación y la interacción con las moléculas modificadoras de superficie. Las propiedades químicas de la superficie del polvo en la solución también están relacionadas con el valor de pH de la solución.
Cerámica de carburo de silicio: aplicaciones en la industria fotovoltaica
Las cerámicas de carburo de silicio tienen buena resistencia mecánica, estabilidad térmica, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la oxidación, resistencia al choque térmico y resistencia a la corrosión química, y se utilizan ampliamente en campos calientes como la metalurgia, la maquinaria, las nuevas energías, los materiales de construcción y los productos químicos. Su rendimiento también es suficiente para la difusión de células TOPcon en la fabricación fotovoltaica, LPCVD (deposición química de vapor a baja presión), PECVD (deposición química de vapor por plasma) y otros enlaces de procesos térmicos.
En comparación con los materiales de cuarzo tradicionales, los soportes para embarcaciones, las embarcaciones y los accesorios de tuberías hechos de materiales cerámicos de carburo de silicio tienen mayor resistencia, mejor estabilidad térmica, no se deforman a altas temperaturas y una vida útil de más de 5 veces la de los materiales de cuarzo. Pueden reducir significativamente el costo de uso y la pérdida de energía causada por el mantenimiento y el tiempo de inactividad. Tienen obvias ventajas de costo y una amplia gama de materias primas.
Entre ellos, el carburo de silicio unido por reacción (RBSC) tiene baja temperatura de sinterización, bajo costo de producción y alta densificación del material. En particular, casi no hay contracción de volumen durante el proceso de sinterización de reacción. Es particularmente adecuado para la preparación de piezas estructurales de gran tamaño y forma compleja. Por lo tanto, es más adecuado para la producción de productos de gran tamaño y complejos como soportes de botes, botes, paletas en voladizo, tubos de hornos, etc.
Los botes de carburo de silicio también tienen grandes perspectivas de desarrollo en el futuro. Independientemente del proceso LPCVD o del proceso de difusión de boro, la vida útil del bote de cuarzo es relativamente baja y el coeficiente de expansión térmica del material de cuarzo es inconsistente con el del material de carburo de silicio. Por lo tanto, es fácil tener desviaciones en el proceso de emparejamiento con el soporte del bote de carburo de silicio a alta temperatura, lo que puede provocar que el bote se sacuda o incluso se rompa. El bote de carburo de silicio adopta una ruta de proceso de procesamiento general y de moldeo integrado. Sus requisitos de tolerancia de forma y posición son altos y coopera mejor con el soporte del bote de carburo de silicio. Además, el carburo de silicio tiene una alta resistencia y la rotura de embarcaciones causada por la colisión humana es mucho menor que la de las embarcaciones de cuarzo.
El tubo del horno es el principal componente de transferencia de calor del horno, que desempeña un papel en el sellado y la transferencia de calor uniforme. En comparación con los tubos de horno de cuarzo, los tubos de horno de carburo de silicio tienen buena conductividad térmica, calentamiento uniforme y buena estabilidad térmica. La vida útil es más de 5 veces mayor que la de los tubos de cuarzo. Sin embargo, la dificultad de fabricación de los tubos de horno de carburo de silicio es muy alta y la tasa de rendimiento también es muy baja. Todavía se encuentra en la etapa de investigación y desarrollo y aún no se ha producido en masa.
En una comparación integral, ya sea en términos de rendimiento del producto o costo de uso, los materiales cerámicos de carburo de silicio tienen más ventajas que los materiales de cuarzo en ciertos aspectos del campo de las células solares. La aplicación de materiales cerámicos de carburo de silicio en la industria fotovoltaica ha ayudado en gran medida a las empresas fotovoltaicas a reducir el costo de inversión de los materiales auxiliares y mejorar la calidad y la competitividad del producto. En el futuro, con la aplicación a gran escala de tubos de horno de carburo de silicio de gran tamaño, barcos de carburo de silicio de alta pureza y soportes de barcos, y la reducción continua de costos, la aplicación de materiales cerámicos de carburo de silicio en el campo de las células fotovoltaicas se convertirá en un factor clave para mejorar la eficiencia de la conversión de energía luminosa y reducir los costos de la industria en el campo de la generación de energía fotovoltaica, y tendrá un impacto importante en el desarrollo de la nueva energía fotovoltaica.
Aplicación del carburo de silicio en la industria fotovoltaica
Con la creciente demanda mundial de energía, las energías fósiles, principalmente el petróleo, el carbón y el gas natural, acabarán agotándose. Además, la energía fósil también provocará una grave contaminación ambiental durante su uso. Para resolver los problemas anteriores, las energías renovables, como la energía solar, la energía eólica, la energía hidroeléctrica y la energía nuclear, han atraído la atención de la gente.
La principal forma de utilizar la energía solar es la generación de energía fotovoltaica. En comparación con otras tecnologías de generación de energía, la generación de energía fotovoltaica tiene las ventajas de ser ecológica y respetuosa con el medio ambiente, disponer de suficientes recursos de energía solar, ser segura y fiable en el proceso de generación de energía y ser fácil de instalar y transportar. Es previsible que la promoción a gran escala de la generación de energía fotovoltaica tenga un impacto positivo en la gobernanza de las crisis energética y medioambiental.
Según el principio de la generación de energía fotovoltaica, cuando la luz del sol brilla sobre los componentes fotovoltaicos (como los paneles solares), los fotones interactúan con los electrones de los materiales fotovoltaicos, lo que hace que los electrones escapen de los materiales y formen fotocorriente, que es corriente continua. Dado que la mayoría de los equipos eléctricos funcionan con corriente alterna, la corriente continua generada por el sistema fotovoltaico no se puede utilizar directamente, y es necesario convertir la corriente continua en corriente alterna para lograr la generación de energía fotovoltaica conectada a la red.
El dispositivo clave para lograr el propósito anterior es el inversor, por lo que el inversor fotovoltaico conectado a la red es el núcleo de la tecnología de generación de energía fotovoltaica, y la eficiencia de trabajo del inversor determina en gran medida la eficiencia de utilización de la energía solar.
Los dispositivos de potencia son los componentes principales de los inversores fotovoltaicos conectados a la red. Hoy en día, varios dispositivos semiconductores utilizados en la industria eléctrica se basan principalmente en materiales de silicio (Si) y se han desarrollado bastante bien. El Si es un material semiconductor que se usa ampliamente en varios tubos electrónicos y circuitos integrados. A medida que el uso de dispositivos semiconductores de potencia se vuelve cada vez más diverso, el uso de dispositivos de silicio está restringido en algunas aplicaciones con requisitos de alto rendimiento y entornos de trabajo hostiles. Esto requiere que las personas desarrollen dispositivos semiconductores con un mejor rendimiento. Como resultado, surgieron los dispositivos semiconductores de banda ancha como el carburo de silicio (SiC).
En comparación con los dispositivos basados en silicio, los dispositivos de carburo de silicio presentan una serie de propiedades excelentes notables:
(1) Alta intensidad de campo eléctrico de ruptura: la intensidad de campo eléctrico de ruptura del SiC es aproximadamente 10 veces mayor que la del Si, lo que hace que los dispositivos de SiC tengan un voltaje de bloqueo más alto y puedan funcionar en condiciones de campo eléctrico más altas, lo que ayuda a mejorar la densidad de potencia.
(2) Banda prohibida amplia: el SiC tiene una concentración de portadores intrínsecos más baja a temperatura ambiente, lo que conducirá a una menor resistencia de encendido en el estado encendido.
(3) Alta velocidad de deriva de saturación: el SiC tiene una mayor velocidad de deriva de saturación de electrones, lo que lo ayuda a alcanzar un estado estable más rápido durante el proceso de conmutación y reduce la pérdida de energía durante el proceso de conmutación.
(4) Alta conductividad térmica: el SiC tiene una conductividad térmica más alta, lo que mejorará significativamente la densidad de potencia, simplificará aún más el diseño del sistema de disipación de calor y extenderá efectivamente la vida útil del dispositivo.
En resumen, los dispositivos de potencia de carburo de silicio proporcionan la recuperación inversa baja y las características de conmutación rápida requeridas para lograr una "alta eficiencia de conversión" y un "bajo consumo de energía" de los inversores fotovoltaicos, lo que es crucial para mejorar la densidad de potencia de los inversores fotovoltaicos y reducir aún más el costo por kilovatio-hora.
Aplicación de equipos de molienda ultrafina en el campo de la medicina tradicional china
La tecnología de molienda ultrafina puede mejorar la tasa de extracción y la biodisponibilidad de la medicina tradicional china, mejorar la calidad de las preparaciones de la medicina tradicional china y ahorrar recursos. La medicina tradicional china se puede convertir en varias formas de dosificación después de la molienda ultrafina y tiene amplias perspectivas de desarrollo.
La tecnología de molienda ultrafina es una tecnología avanzada que utiliza dinámica mecánica o de fluidos para desaglomerar materiales de 0,5 a 5,0 mm a niveles micrométricos o incluso nanométricos. En comparación con la molienda tradicional, tiene las ventajas de ahorrar materiales, una velocidad de molienda rápida y un tamaño de partícula de polvo fino y uniforme.
Dependiendo del medio de molienda, la tecnología de molienda ultrafina se divide en molienda seca y húmeda. La molienda seca consiste en moler materiales en condiciones secas, lo que puede producir polvos ultrafinos con buena adsorción, expansión y solubilidad en agua; la molienda húmeda consiste en moler materiales (semi) fluidos. En comparación con la molienda seca, tiene las ventajas de un menor riesgo de polvo y una menor generación de calor, y al mismo tiempo tiene efectos de homogeneización y emulsión, lo que hace que el sabor del producto sea más delicado.
Basándose en las propiedades inherentes de los materiales medicinales chinos, el polvo ultrafino medicinal chino se prepara principalmente mediante la adición de fuerza mecánica. Hay tres equipos mecánicos comunes.
Molino de chorro
El molino de chorro también se denomina molino de energía fluida. Los componentes principales son la boquilla y la cámara de trituración. El principio de funcionamiento es utilizar un flujo de aire de alta velocidad o vapor sobrecalentado como portador de impacto, rociarlo desde la boquilla, proporcionar energía para el comportamiento de fractura del material, hacer que la grieta del material se vuelva inestable y se abra y se expanda bajo la acción de la fuerza externa, y la manifestación macroscópica es el cambio del tamaño de partícula del material. El molino de chorro con flujo de aire de alta velocidad como portador de impacto se utiliza a menudo para la trituración de la medicina china, que se puede dividir en los siguientes 5 tipos: tipo de disco horizontal, tipo de tubo circulante, tipo de rociado opuesto, tipo de objetivo de placa de impacto, tipo de lecho fluidizado.
El molino de chorro es adecuado para la medicina china con textura crujiente, sensibilidad al calor y bajo punto de fusión, pero no para materiales medicinales que contienen componentes volátiles. El producto después de la trituración tiene una distribución uniforme del tamaño de partícula, alta precisión de clasificación, fuerte afinidad y conserva las propiedades inherentes de las partículas. Por lo tanto, esta tecnología se ha convertido en el método preferido para el desarrollo de diversos materiales de micropolvo de alto rendimiento.
Molino de impacto mecánico de alta velocidad
El molino de impacto mecánico de alta velocidad utiliza un rotor que gira a alta velocidad alrededor del eje para transferir el impulso al material, lo que hace que el material colisione violentamente con el revestimiento para obtener un polvo ultrafino. Los efectos de molienda, cizallamiento y corrientes parásitas generados en este proceso pueden promover la formación de nuevas superficies de polvo.
Este equipo es conveniente para la alimentación, ocupa un área pequeña, tiene una alta eficiencia de trituración y tiene un tamaño de partícula de trituración ajustable. Se usa ampliamente en la trituración de medicinas chinas de dureza media y baja; pero tiene un efecto térmico durante el proceso de trituración y no es adecuado para medicinas chinas sensibles al calor y de bajo punto de fusión. Este equipo se basa principalmente en el funcionamiento a alta velocidad de las piezas para triturar, lo que provocará un desgaste grave de las piezas y la contaminación de las medicinas chinas es inevitable. Por lo tanto, el desarrollo de materiales de alta resistencia al desgaste es una forma importante de promover el desarrollo de dichos equipos.
Molino vibratorio
El molino vibratorio incluye medios de molienda, tazón de molienda y dispositivo de excitación excéntrica. Su principio de funcionamiento es complejo y multiescala. El mecanismo excéntrico hace vibrar periódicamente el tazón a alta frecuencia. Los medios de molienda se mueven en consecuencia y producen múltiples fuerzas sobre el material, agravando la extensión de grietas en el material, rompiendo así la estructura externa.
El molino vibratorio es adecuado para triturar medicinas chinas de diferente dureza, y la distribución del tamaño de partícula de las partículas obtenidas es estrecha. Si el molino vibratorio está equipado con un dispositivo de enfriamiento, también puede lograr una trituración a baja temperatura de materiales medicinales chinos sensibles al calor, de bajo punto de fusión y volátiles.
La tecnología de molienda ultrafina ha traído nuevas oportunidades al campo de la medicina tradicional china, pero también tiene algunos desafíos, como el consumo de energía de los molinos de chorro de aire y el ruido de los molinos vibratorios.
Aplicación de materiales de electrodos negativos a base de silicio en baterías de iones de litio
Con el vigoroso desarrollo de los vehículos de nueva energía, el almacenamiento de energía y otros mercados, el tamaño del mercado y el nivel técnico de las baterías de litio y los materiales de electrodos negativos siguen mejorando. En la actualidad, la capacidad específica de los materiales de electrodos negativos de grafito comerciales está cerca de la capacidad específica teórica de los materiales de grafito, y la aplicación comercial de los materiales de electrodos negativos a base de silicio se ha acelerado aún más.
Los materiales de electrodos negativos a base de silicio se han convertido en un punto de interés en la investigación de los materiales de electrodos negativos de baterías de iones de litio debido a su capacidad específica teórica extremadamente alta. La capacidad específica teórica de los materiales de electrodos negativos de silicio es mucho mayor que la de los materiales de electrodos negativos de grafito comerciales, y el voltaje de trabajo es moderado, lo que hace que los materiales de electrodos negativos a base de silicio tengan ventajas significativas para mejorar la densidad energética de la batería. Sin embargo, la expansión y contracción del volumen del silicio durante la carga y descarga es demasiado grande, lo que da como resultado el agrietamiento y la fragmentación del material, así como el engrosamiento continuo de la película SEI, lo que afecta gravemente la estabilidad del ciclo y el rendimiento de la velocidad de la batería.
Para solucionar los defectos de los materiales de electrodos negativos a base de silicio en aplicaciones de baterías de iones de litio, los investigadores han propuesto una variedad de rutas técnicas, que incluyen nanotecnología, tecnología de materiales compuestos, diseño estructural, modificación de superficies, optimización de electrolitos, pre-litiación, silicio poroso y silicio de aleación, etc.
Estas rutas técnicas cubren todas las etapas desde la investigación de laboratorio hasta la aplicación industrial, aliviando el problema de expansión de volumen mediante nanodimensionamiento y tecnología de materiales compuestos, mejorando la conductividad y la estabilidad mediante diseño estructural y modificación de superficies, y mejorando el rendimiento general de la batería mediante la optimización del sistema de electrolitos. La tecnología de pre-litiación puede mejorar la eficiencia coulombiana inicial, la estructura de silicio poroso ayuda a aliviar los cambios de volumen y el silicio de aleación puede proporcionar mayor capacidad y estabilidad. Se espera que la aplicación integral de estas rutas técnicas logre materiales de electrodos negativos a base de silicio de alto rendimiento, larga vida útil y bajo costo, y promueva su amplia popularidad en aplicaciones prácticas.
En la actualidad, los materiales de silicio-carbono y los materiales de silicio-oxígeno son las dos principales rutas técnicas para los electrodos negativos a base de silicio.
Entre ellos, los materiales de electrodos negativos de silicio-carbono son conocidos por su alta eficiencia de primera coulombiana, pero su ciclo de vida necesita ser mejorado. Al realizar el nano-dimensionamiento de los materiales de silicio, se pueden reducir los problemas de expansión y rotura generados durante el proceso de carga y descarga, mejorando así aún más su ciclo de vida. En términos relativos, la principal ventaja de los materiales de electrodos negativos de silicio-oxígeno es su excelente estabilidad de ciclo, aunque la primera eficiencia es baja. Sin embargo, al adoptar medios técnicos como la pre-litiación, su primera eficiencia puede mejorarse de manera efectiva.
En términos de aplicaciones comerciales, actualmente, las principales aplicaciones comerciales de los materiales de electrodos negativos a base de silicio incluyen óxido de silicio recubierto de carbono, nano-carbono de silicio, nanocables de silicio y aleaciones de silicio amorfo. Entre ellos, el óxido de silicio recubierto de carbono y el nano-carbono de silicio tienen el mayor grado de comercialización, y generalmente se mezclan con grafito en una proporción del 5%-10%. En los últimos años, los materiales de electrodos negativos a base de silicio se están industrializando gradualmente.
En el campo de las baterías de estado sólido, los materiales de electrodos negativos a base de silicio se consideran una de las direcciones de desarrollo clave de los materiales de electrodos negativos de baterías de estado sólido debido a su alta densidad de energía teórica, excelente rendimiento de carga y descarga rápida y excelente rendimiento de seguridad.
Material básico para comunicaciones de próxima generación: tantalato de litio
Con el rápido desarrollo de la Internet de las cosas, la inteligencia artificial y la tecnología de big data, el tantalato de litio (LiTaO3) se ha utilizado ampliamente en el procesamiento de señales digitales, las comunicaciones 5G, la guía, los detectores infrarrojos y otros campos debido a sus excelentes propiedades como la piezoelectricidad, la acustóptica y la electroóptica. Su película monocristalina se considera un nuevo material que se necesita con urgencia para el desarrollo de nuevos dispositivos en la era posterior a Moore.
El tantalato de litio es un material cristalino multifuncional con un rendimiento excelente. Tiene una estructura de ilmenita y es incoloro o de color amarillo claro. Sus materias primas cristalinas son abundantes, su rendimiento es estable y es fácil de procesar. Puede producir monocristales de gran tamaño y alta calidad. Los cristales de tantalato de litio pulidos se pueden utilizar ampliamente en la fabricación de dispositivos de comunicación electrónica como resonadores, filtros de superficie y transductores. Es un material funcional indispensable en muchos campos de comunicación de alta gama como teléfonos móviles, comunicaciones por satélite y aeroespacial.
Aplicaciones principales
Filtro de ondas acústicas de superficie (SAW)
El filtro de ondas acústicas de superficie es un dispositivo de filtrado especial fabricado mediante el uso del efecto piezoeléctrico de los materiales del oscilador de cristal piezoeléctrico y las características físicas de la propagación de las ondas acústicas de superficie. Tiene las ventajas de una baja pérdida de transmisión, alta confiabilidad, gran flexibilidad de fabricación, compatibilidad analógica/digital y excelentes características de selección de frecuencia. Sus componentes principales incluyen la línea de transmisión, el cristal piezoeléctrico y el atenuador. Cuando la señal llega a la superficie del cristal piezoeléctrico a través de la línea de transmisión, se generarán ondas acústicas de superficie. La velocidad de las ondas acústicas de superficie de diferentes frecuencias es diferente durante la propagación. Al diseñar razonablemente la forma geométrica y los parámetros de transmisión del cristal piezoeléctrico y el transductor interdigital y la existencia del reflector, se pueden lograr efectos de filtrado de diferentes frecuencias.
Oscilador de cristal
Un oscilador de cristal es un dispositivo de conversión de energía que convierte la corriente continua en corriente alterna con una determinada frecuencia. Utiliza principalmente el efecto piezoeléctrico de los cristales piezoeléctricos para generar oscilaciones eléctricas estables. Cuando se aplica voltaje a los dos polos del chip, el cristal se deformará, generando así voltaje en la hoja de metal. Los osciladores de cristal se utilizan ampliamente en estaciones de radio de comunicación, GPS, comunicaciones por satélite, dispositivos móviles de control remoto, transmisores de teléfonos móviles y contadores de frecuencia de alta gama debido a sus señales de CA de frecuencia altamente estables. Por lo general, se utilizan cristales que pueden convertir energía eléctrica y energía mecánica para proporcionar oscilaciones de frecuencia única estables y precisas. Actualmente, los materiales de cristal más utilizados incluyen materiales semiconductores de cuarzo y chips de tantalato de litio.
Detector piroeléctrico
Un detector piroeléctrico es un sensor que utiliza el efecto piroeléctrico para detectar cambios de temperatura o radiación infrarroja. Puede detectar los cambios de energía del objetivo en una forma sin contacto, generando así una señal eléctrica medible. Su componente principal es un chip piroeléctrico, un material monocristalino con propiedades especiales, generalmente compuesto por unidades con cargas opuestas, con ejes de cristal y polarización espontánea. Los materiales piroeléctricos deben prepararse muy delgados y los electrodos se colocan en la superficie perpendicular al eje del cristal. El electrodo de la superficie superior debe recubrirse con una capa de absorción antes de poder usarse. Cuando la radiación infrarroja alcanza la capa de absorción, el chip piroeléctrico se calentará y se generará un electrodo de superficie; si se interrumpe la radiación, se generará una carga de polarización inversa.
El tantalato de litio tiene amplias perspectivas de aplicación en las comunicaciones 5G, chips fotónicos, información cuántica y otros campos debido a su gran coeficiente piroeléctrico, alta temperatura de Curie, pequeño factor de pérdida dieléctrica, bajo punto de fusión térmica por unidad de volumen, pequeña constante dieléctrica relativa y rendimiento estable.
Materiales cerámicos utilizados en restauraciones dentales
Los materiales de restauración dental deben someterse a rigurosas pruebas biológicas para garantizar que no solo tengan las propiedades mecánicas, físicas y químicas requeridas para el uso clínico, sino que también tengan una buena biocompatibilidad. En los últimos años, con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología de los materiales y la mejora continua del nivel de vida de las personas, los materiales cerámicos, los materiales compuestos a base de resina, los materiales metálicos, las nanoresinas 3M, la vitrocerámica y otros materiales se han utilizado de forma generalizada.
(1) Cerámica de alúmina
La cerámica de alúmina son sólidos o polvos cristalinos blancos con una estabilidad química y propiedades mecánicas notables. Como material de restauración dental, la alúmina tiene el color y la transmitancia de luz que coinciden con los de los dientes reales, cumple con los requisitos estéticos y tiene las ventajas de una toxicidad débil para el tejido fibroso in vitro.
(2) Cerámica de zirconio
A finales del siglo XX, se desarrolló el zirconio como material de restauración dental. La cerámica de zirconio tiene una importante resistencia al desgaste, a la corrosión y a las altas temperaturas, buenos efectos ópticos, es adecuada para la restauración de dientes y tiene una alta resistencia. La zirconia tiene una gran estabilidad y una buena biocompatibilidad. En comparación con la alúmina, tiene una mayor resistencia al desgaste y tenacidad. Es adecuada para la producción de válvulas, huesos artificiales de cerámica compuesta, articulaciones de cadera, huesos y raíces de dientes.
(3) Vidrio bioactivo
El vidrio bioactivo es un biomaterial artificial que puede unirse al tejido óseo y conectarse con el tejido blando al mismo tiempo. Tiene excelentes propiedades como biocompatibilidad, baja toxicidad, guía ósea y formación ósea, y tiene buena hemostasia y efectos antibacterianos. Puede lograr funciones biológicas y fisiológicas específicas cuando se implanta en el cuerpo. El vidrio bioactivo se puede utilizar como trasplante óseo, material de relleno óseo, material de mantenimiento y reconstrucción de la cresta alveolar y material de recubrimiento de implantes orales.
(4) Cerámica de hidroxiapatita
La hidroxiapatita pertenece al sistema de cristales hexagonales y es una cerámica bioactiva típica. Su composición es cercana a los componentes inorgánicos del tejido óseo natural y tiene una buena biocompatibilidad. No solo es seguro y no tóxico cuando se implanta en el cuerpo, sino que también puede conducir el crecimiento óseo. Es un excelente material bioactivo. Se utiliza a menudo en el campo de la medicina oral para la reparación de defectos óseos periodontales y para implantes de raíces dentales artificiales.
(5) Cerámica de fosfato tricálcico
El fosfato tricálcico es una cerámica de fosfato de calcio importante con buena biocompatibilidad y biotoxicidad. El fosfato tricálcico se puede convertir en componentes estructurales huecos de un tamaño y una forma determinados según los requisitos de la tasa de degradación de las diferentes partes y las diferentes propiedades óseas, y se puede utilizar para tratar diversas enfermedades ortopédicas. Además, el fosfato tricálcico tiene las características biológicas de inducir la regeneración ósea periapical y la formación de puentes de calcio pulpar, y se utiliza y valora ampliamente en el campo de la medicina oral.
(6) Porcelana de feldespato
La porcelana de feldespato es un vidrio de feldespato de borosilicato con una estructura de grano irregular distribuida en la matriz de vidrio. Se utiliza en carillas de dientes anteriores, coronas completas e incrustaciones de dientes posteriores. Tiene buenos efectos estéticos y una abrasión cercana a los dientes naturales. Después de pulirlo y pulirlo, se puede utilizar en la boca.
(7) Cerámicas de vidrio
Las cerámicas de vidrio son sólidos policristalinos con una distribución uniforme y densa de la fase vítrea y la fase cristalina en una matriz de vidrio obtenida a través de una serie de procedimientos de tratamiento térmico. También se denominan vidrio microcristalino. Las cerámicas de vidrio se han convertido en el material preferido para la restauración estética de los dientes anteriores debido a su transmitancia y saturación cercanas a los dientes naturales. Las cerámicas de vidrio no solo tienen una excelente resistencia a la corrosión y al desgaste, sino que también su resistencia a la flexión y tenacidad a la fractura se pueden controlar ajustando el proceso de tratamiento térmico del proceso de cristalización. Por lo tanto, se han desarrollado productos adecuados para diferentes usos uno tras otro.
(8) Cerámicas compuestas
Las cerámicas compuestas son un nuevo tipo de material compuesto de resina y cerámica que combina las características de las cerámicas tradicionales con nuevos materiales de proceso de resina. Su ventaja es que se puede realizar utilizando tecnología CAD/CAM. Además, dado que las cerámicas compuestas contienen una gran cantidad de componentes de resina, una vez que la restauración se daña, es fácil repararla con resina.
La clave para mejorar la eficiencia del molino de bolas
Factores que afectan la eficiencia de molienda
La eficiencia de molienda es un indicador importante del rendimiento del molino de bolas, que es crucial para mejorar la eficiencia del procesamiento de minerales y reducir el consumo de energía.
Las propiedades del material son factores básicos, y la dureza, la tenacidad, la densidad y las características de fractura afectan la dificultad de molienda.
Los parámetros de funcionamiento del molino tienen un impacto significativo en la eficiencia, como la velocidad, la tasa de llenado, el tamaño y el tipo de medio. Optimizar la velocidad puede maximizar el impacto y la fricción, y la tasa de llenado adecuada garantiza un contacto efectivo entre el material y el medio. El tipo y el tamaño de los medios de molienda también son importantes. Los medios de diferentes materiales y tamaños afectarán la eficiencia de molienda. Elegir el medio adecuado puede mejorar el efecto de molienda.
La elección del proceso de molienda también afecta la eficiencia. La molienda húmeda es adecuada para requisitos de partículas finas y la molienda seca es adecuada para materiales con bajo contenido de agua.
El diseño y el mantenimiento del molino también son críticos. El diseño estructural afecta la eficiencia de molienda y un mantenimiento inadecuado reducirá la eficiencia.
Velocidad del molino de bolas
Según el teorema de la energía cinética, cuando la masa de un objeto es constante, cuanto mayor es la velocidad del objeto, mayor es la energía que transporta. De manera similar, cuanto mayor es la velocidad del recipiente de molienda del molino de bolas, mayor es la energía de trituración y molienda transportada por las partículas del medio de partículas, y mejor es el efecto de trituración y molienda, pero pueden surgir problemas como un mayor consumo de energía, una mayor pérdida del propio medio de partículas y un calentamiento severo en el recipiente de molienda; si la velocidad del recipiente de molienda es demasiado baja, la energía transportada por el medio de partículas puede no ser suficiente para lograr la trituración y molienda del material, y no desempeñará un papel de molienda.
Tasa de llenado del medio de partículas
La tasa de llenado se refiere a la relación entre el volumen interno del recipiente de molienda ocupado por el medio de partículas en estado suelto y el volumen real del recipiente de molienda. La tasa de llenado del medio de partículas en el recipiente de molienda es uno de los factores clave que afectan la eficiencia de molienda.
Tamaño de partícula de los medios de molienda
Según la ecuación de impulso del objeto, los objetos de diferentes masas transportan energía cinética diferente a la misma velocidad. En los medios de molienda del mismo material, el tamaño de partícula determina la masa de una sola partícula. Por lo tanto, la elección del tamaño de partícula adecuado de los medios de molienda puede mejorar eficazmente la eficiencia de molienda.
Relación de bolas
La relación de bolas es la relación entre el material y el medio de molienda, que también tiene un impacto significativo en la eficiencia de molienda. Una relación de bolas adecuada puede garantizar que el medio de molienda transfiera energía de manera efectiva al material. La determinación de la relación de bolas debe considerar las características del material, el tipo de molino y la finura de molienda esperada.
Volumen de agua de molienda
Durante el proceso de molienda húmeda, el volumen de agua de molienda tiene un impacto directo en la eficiencia de molienda y la concentración de la pulpa. La fluidez de la pulpa debe controlarse ajustando el volumen de agua para garantizar una buena interacción entre el medio y el material, evitando al mismo tiempo sobrecargar el molino y reducir la eficiencia de molienda.
Tamaño y proporción de las bolas de acero
En el funcionamiento del molino de bolas, las bolas de acero son el medio de molienda, y su tamaño y proporción tienen una influencia decisiva en la eficiencia de molienda. El tamaño y la proporción de las bolas de acero adecuados pueden mejorar eficazmente la eficiencia de molienda del material, reducir el consumo de energía y prolongar la vida útil del molino.
Mejora de procesos y equipos
Otro medio clave para mejorar la tasa de operación del molino de bolas es la mejora de los procesos y equipos. Con el desarrollo continuo de la tecnología moderna y el progreso de la ciencia de los materiales, el proceso y los equipos de molienda de bolas tradicionales se enfrentan a la necesidad de actualizarse y transformarse.
Análisis y prevención de fallas
La eficiencia operativa y la estabilidad del molino de bolas afectan directamente la calidad y la eficiencia de todo el proceso de producción. Sin embargo, en el proceso de operación a largo plazo, debido a la influencia de varios factores internos y externos, el molino de bolas a menudo presenta varias fallas, como alta temperatura del cojinete principal, sonido de funcionamiento anormal, vientre abultado y otros problemas, que no solo afectarán la eficiencia de producción, sino que también pueden causar daños en el equipo y aumentar los costos de producción.