Alüminyum hidroksit: Neden doğrudan kullanılamaz?
İnorganik amfoterik hidroksitler (alüminyum hidroksit (Al(OH)3, ATH)), son derece etkili alev geciktirici, duman bastırıcı ve dolgu özelliklerine sahiptir. Isıl ayrışma sonucunda toksik veya aşındırıcı gazlar üretmez ve polimerik organik malzemelerde alev geciktirici dolgu maddesi olarak kullanılabilir. Günümüzde, ATH'nin alev geciktirici olarak kullanımı her geçen yıl artmakta ve ATH, küresel olarak en önemli inorganik alev geciktirici haline gelmiştir.
Önce Modifikasyon, Sonra Alev Geciktirme
Genellikle üreticiler, polimerik organik malzemelerin alev geciktirici özelliklerini iyileştirmek için yanıcı malzemeleri toz alüminyum hidroksit (ATH) ile doldurur veya yanıcı malzemelerin yüzeyini ATH içeren alev geciktirici bir kaplama ile kaplar.
Ayrıca, ATH üç hidroksil grubu (-OH) içerdiğinden, yüzeyi asimetrik ve oldukça polardır. Yüzey hidroksil grupları hidrofilik ve oleofobik özellikler sergiler ve bu da polimerik organik malzemelere eklendiğinde aglomerasyona eğilimli hale gelerek malzemenin mekanik özelliklerini doğrudan etkiler.
Bu nedenle, alüminyum hidroksitin kullanımdan önce yüzey modifikasyonuna tabi tutulması gerekir.
Alüminyum Hidroksit Yüzey Modifikasyonu
Yüzey modifikasyonu, inorganik toz malzemelerin özelliklerini optimize etmek için kullanılan temel teknolojilerden biridir ve inorganik tozların uygulama performansını ve değerini iyileştirmede önemli bir rol oynar. İnorganik parçacıkların yüzey modifikasyonu, bir veya daha fazla maddenin inorganik parçacıkların yüzeyine adsorpsiyonunu veya kapsüllenmesini ifade eder ve çekirdek-kabuk kompozit bir yapı oluşturur. Bu işlem, esasen farklı maddelerin kompozit bir işlemidir.
Modifiye Edicilerin Türleri ve Özellikleri
Birçok toz yüzey modifiye edici türü vardır, ancak standart bir sınıflandırma yöntemi yoktur. İnorganik toz modifikasyonu için modifiye ediciler temel olarak iki kategoriye ayrılır: yüzey aktif maddeler ve bağlayıcı ajanlar.
(1) Bağlayıcı Maddeler
Bağlayıcı maddeler, organik polimerler ve inorganik dolgu maddelerinden oluşan çeşitli kompozit malzeme sistemleri için uygundur. Bağlayıcı maddelerle yüzey modifikasyonundan sonra, inorganik malzemenin polimerle uyumluluğu ve dağılabilirliği artar. İnorganik malzemenin yüzeyi hidrofilik ve oleofobikten oleofilik ve hidrofobiğe dönüşerek organik polimerle afinitesini artırır.
Bağlayıcı maddeler çeşitlidir ve kimyasal yapı ve bileşimlerine göre dört ana kategoriye ayrılabilir: organik kompleksler, silanlar, titanatlar ve alüminatlar.
(2) Yüzey Aktif Maddeler
Yüzey aktif maddeler, çok az miktarda kullanıldığında bir malzemenin yüzey veya arayüz özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilen maddelerdir. Bunlar arasında yüksek yağ asitleri ve tuzları, alkoller, aminler ve esterler gibi anyonik, katyonik ve noniyonik yüzey aktif maddeler bulunur. Moleküler yapıları, bir ucunda polimer moleküllerine benzer uzun zincirli bir alkil grubu, diğer ucunda ise karboksil, eter ve amino grupları gibi polar gruplar ile karakterize edilir.
Modifiye etkisi nasıl belirlenebilir?
Modifiye alüminyum hidroksit güvenilir midir? Ne kadar güvenilirdir? Bu, modifikasyon etkisinin değerlendirilmesini ve karakterize edilmesini gerektirir.
Şu anda, alüminyum hidroksit alev geciktiricilerin alev geciktirici etkisi, malzemenin oksijen indeksi, dikey ve yatay yanıcılık indeksi, duman üretimi, termogravimetrik analiz ve yanma sırasında mekanik özelliklerinin test edilmesi gibi doğrudan yöntemlerle veya modifikasyon etkisini dolaylı olarak test etmek için toz absorbansı, aktivasyon indeksi ve yağ absorpsiyon değerinin ölçülmesiyle dolaylı olarak değerlendirilebilir.
(1) Absorbans
Modifiye edilmemiş ATH'nin yüzeyinde hidrofilik ve oleofobik hidroksil grupları bulunur ve bu da suda çözünmesini veya dibe çökmesini sağlar. Modifikasyondan sonra, ATH'nin yüzeyi hidrofilik ve oleofobik hale gelir ve yüzey özellikleri modifiye edilmemiş formun tamamen tersidir. Dibe çökemez veya dibe çökemez ve sadece yüzeyde yüzebilir. Ancak modifiye edilmiş ATH, yağlarda (sıvı parafin gibi) iyi çözünebilir veya çökebilir.
(2) Aktivasyon İndeksi
Modifiye edilmemiş ATH, yüzey hidroksil gruplarının (-OH) yapısı nedeniyle çok güçlü bir polariteye sahiptir ve benzer özelliklere sahip suda serbestçe çözünmesini veya çökmesini sağlar. Modifikasyondan sonra ATH, yüzeyinde lipofilik gruplardan oluşan bir tabaka oluşturur ve yüzey hidroksil grupları (-OH) bu tabakanın içinde kapsüllenir. Modifikasyon etkisi ne kadar iyi olursa, ATH yüzeyinin lipofilik grup kapsama oranı o kadar yüksek olur ve modifiye edilmiş ATH su yüzeyinde o kadar fazla yüzer.
(3) Yağ Emilim Değeri
Yağ emilim değerinin ölçülmesi, ATH'ye hint yağı eklenmesini ve karıştırılmasını gerektirir. Modifikasyondan önce ATH, hidrofilik ve oleofobik özellikleri nedeniyle küreler oluşturmak için daha fazla hint yağı gerektirir. Yüzey modifikasyonu sonrasında hidrofilik ve oleofobik hale gelerek ATH'nin polimer içerisindeki dağılabilirliğini artırmakta ve toz aglomerasyonu ile oluşan boşlukları azaltmaktadır.
Süper Güçlü Malzemeleri Anlamak - NdFeB
Sinterlenmiş NdFeB, en eski hazırlama prosesi ve evrensel olarak en yaygın olarak uygulanabilirliği sayesinde nadir toprak kalıcı mıknatıs malzemelerinin hızla gelişmesini sağlamıştır. Güçlü manyetik anizotropisi ve düşük maliyetli hammadde girdisi ile sinterlenmiş NdFeB, birçok ülke için bir araştırma hedefi haline gelmiştir. Sinterlenmiş NdFeB kalıcı mıknatıs malzemeleri, toz metalurjisinden yararlanır. Eritilmiş alaşım toz haline getirilir ve manyetik alanda sıkıştırılmış bir yapıya preslenir. Sıkıştırılmış yapı daha sonra yoğunlaştırma sağlamak için inert gaz veya vakumda sinterlenir. Ayrıca, mıknatısın koersivitesini artırmak için genellikle yaşlandırma ısıl işlemi gerekir. İşlem akışı şu şekildedir: hammadde hazırlama → eritme → toz hazırlama → presleme → sinterleme ve temperleme → manyetik test → taşlama → işleme → elektrokaplama → bitmiş ürün.
Sinterlenmiş NdFeB'nin aksine, bağlı mıknatısların her bir toz partikülünün yeterince yüksek bir sıkıştırılmış yapıya sahip olması gerekir. Toz hazırlama işlemi sırasında yüksek koersivite için gereken çok fazlı yapı ve mikro yapı ciddi şekilde hasar gördüğünde, iyi bağlanmış mıknatıslar üretmek imkansız hale gelir. Bu nedenle, hızlı söndüren manyetik tozu eriterek döndürme yöntemi kullanılarak, sıcak erimiş alaşım önce yüksek hızlı dönen, su soğutmalı bir bakır tekerleğe dökülür veya püskürtülür ve 100 μm kalınlığında ince bir şerit oluşturulur.
Sıcak preslenmiş/sıcak deforme edilmiş mıknatısların üretimi, doğrudan döküm alaşımları kullanmak yerine, hızlı söndürülmüş Nd-Fe-B manyetik tozuyla başlanmasını gerektirir. Aşırı söndürme (hızlı soğutma) koşulları kullanılarak daha ince taneler veya hatta amorf manyetik toz elde edilir. Sıcak presleme ve sıcak deformasyon sırasında taneler ısıtılır ve neredeyse tek alan boyutuna kadar büyütülür, böylece nihai mıknatısta yüksek koersivite elde edilir. Sıcak presleme işlemi, manyetik tozun bir kalıba yerleştirilmesini ve izotropik, katı yoğunluklu bir mıknatısa dönüşmesi için yüksek sıcaklıkta basınç uygulanmasını içerir.
Uygulama
Daimi Mıknatıslı Motorlar
Daimi mıknatıslı motorlarda, uyarma için kalıcı mıknatısların kullanılması yalnızca güç tüketimini azaltıp enerji tasarrufu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda motor performansını da artırır.
Manyetik Makineler
Manyetik makineler, mıknatıslardaki benzer kutupların itme kuvvetini veya farklı kutupların çekme kuvvetini kullanarak çalışır. Bu, yüksek kalıcı mıknatıslanma ve yüksek içsel zorlayıcılığa sahip kalıcı mıknatıslar gerektirir. Ayrıca, farklı kutuplar arasındaki çekim prensibi sayesinde, temassız iletim kullanılarak manyetik sürücüler üretilebilir ve sürtünme ve gürültü gibi avantajlar sunar. Bu nedenle, yüksek performanslı Nd-Fe-B mıknatıslar, madencilik makinelerinin tahrik bileşenlerinde, uydu ve uzay araçlarındaki jiroskop ve türbinlerdeki manyetik yataklarda ve tıbbi ekipmanlarda kalp fonksiyonunu desteklemek için santrifüj pompalardaki rotor yataklarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Havacılık
Nadir toprak kalıcı mıknatıs malzemeleri, roket fırlatmaları, uydu konumlandırma ve iletişim teknolojileri için vazgeçilmezdir. Yüksek performanslı sinterlenmiş Nd-Fe-B, özellikle radar için mikrodalga verici/alıcı sistemlerinde kullanışlıdır. Sabit bir manyetik alan ve alternatif bir mikrodalga manyetik alanının birleşik etkisinden yararlanılarak ferromanyetik rezonans oluşur ve bu da mikrodalga sirkülatörleri, izolatörler vb. üretimine olanak tanır. Tüketici Elektroniği
3C tüketici elektroniği, sinterlenmiş NdFeB için her zaman önemli bir alt sektör olmuştur. Sinterlenmiş NdFeB, 3C tüketici elektroniği ürünlerindeki minyatürleştirme, hafifletme ve inceltme trendleriyle uyumlu yüksek manyetik enerjili ürün gibi özelliklere sahiptir. VCM'ler, cep telefonu lineer motorları, kameralar, kulaklıklar, hoparlörler ve mil tahrikli motorlar gibi elektronik bileşenlerde yaygın olarak kullanılır.
Neodimyum demir bor atık geri dönüşümü: kaçırılmaması gereken bir hazine
Neodimyum demir bor (NdFeB) kalıcı mıknatıslar, mükemmel manyetik özellikleri nedeniyle rüzgar enerjisi üretiminde, yeni enerji araçlarında ve elektronik ürünlerde yaygın olarak kullanılmakta ve bu da onlara "Mıknatısların Kralı" unvanını kazandırmaktadır. Ancak, NdFeB mıknatıs üretim sürecindeki hurda oranı %30'a kadar çıkmakta ve sınırlı ömürleriyle birleştiğinde, büyük miktarda NdFeB atığı ortaya çıkmaktadır.
Bu atıklar, birincil nadir toprak cevherlerinin içeriğini çok aşan %30'a kadar nadir toprak elementleri içermekte ve bu da onları oldukça değerli bir ikincil kaynak haline getirmektedir. NdFeB atıklarından nadir toprak elementlerinin verimli bir şekilde geri kazanılması, nadir toprak kaynaklarının güvenliğini sağlamak, çevre kirliliğini azaltmak ve sürdürülebilir kalkınmayı teşvik etmek için çok önemlidir.
NdFeB Atıklarının Özellikleri ve Kaynakları
NdFeB atıkları çoğunlukla hurdalardan, arızalı ürünlerden ve mıknatıs üretim sürecinde mıknatıs içeren kullanımdan kaldırılmış elektronik ürünlerden kaynaklanmaktadır. Kimyasal bileşimi karmaşıktır; Ana nadir toprak elementleri Nd ve Pr'ye ek olarak, koersiviteyi artırmak için Dy ve Tb gibi elementler ve genel performansı iyileştirmek için Co, Al ve Cu gibi elementler sıklıkla eklenir. Nadir toprak elementi (NTE) içeriğine göre, NdFeB atıkları üç kategoriye ayrılabilir: düşük nadir toprak elementi (NTE < %20), orta nadir toprak elementi (%20-%30) ve yüksek nadir toprak elementi (%30'dan fazla).
Şu anda, NdFeB atıkları için geri dönüşüm süreçleri temel olarak pirometalurjik, hidrometalurjik ve yeni geri dönüşüm teknolojileri olarak ayrılmıştır.
(I) Pirometalurjik Geri Dönüşüm Süreçleri
Pirometalurjik geri dönüşüm, nadir toprak elementlerini yüksek sıcaklık reaksiyonları yoluyla demirden ayırır. Başlıca yöntemler arasında seçici oksidasyon, klorlama ayırma, sıvı alaşımlama ve cüruf-metal füzyon ayırma yer alır.
Seçici oksidasyon, nadir toprak elementlerinin oksijene demirden çok daha yüksek bir afiniteye sahip olması gerçeğine dayanır. Yüksek sıcaklıklarda, nadir toprak elementleri seçici olarak oksitlenerek oksitler oluşturur ve bunlar daha sonra metalik demirden ayrılır. Nakamoto ve arkadaşları, oksijen kısmi basıncını hassas bir şekilde kontrol ederek %95'i aşan saflıkta ve %99'u aşan geri kazanım oranına sahip karışık nadir toprak oksitleri hazırlamayı başardılar.
Klorlama ayırma, nadir toprak elementleri ve klor arasındaki güçlü afiniteden yararlanır. NH4Cl, FeCl2 veya MgCl2 gibi klorlama ajanları, ayırmadan önce nadir toprak elementlerini klorürlere dönüştürmek için kullanılır. UDA, klorlama ajanı olarak FeCl2 kullanmış ve 800°C'de reaksiyona girerek %95,9'luk bir nadir toprak geri kazanım oranı ve %99'u aşan bir ürün saflığı elde etmiştir.
Sıvı alaşımlama yöntemi, nadir toprak elementleri ile demir arasındaki afinite farkından yararlanarak diğer metaller için nadir toprak elementleri ve demirin etkili bir şekilde zenginleştirilmesini ve ayrılmasını sağlar. Nadir toprak elementi Nd, Ag, Mg vb. ile çeşitli düşük erime noktalı alaşımlar oluşturabilir.
Cüruf-metal ayırma yöntemi, NdFeB atıklarındaki nadir toprak elementlerinin oksijenle daha kolay birleşmesi özelliğine dayanır. NdFeB atıklarındaki tüm metaller metal oksitlere dönüşür. Aynı zamanda, bir cüruf oluşturucunun yüksek sıcaklığı altında, indirgeyici koşullar kontrol edilerek demir oksitler metalik Fe'ye dönüştürülür.
(II) Islak Geri Kazanım Prosesi
Islak geri kazanım, günümüzde en yaygın kullanılan yöntemdir ve çoğunlukla toplam çözünme yöntemi, hidroklorik asit tercihli çözünme yöntemi, çift tuz çöktürme yöntemi ve çözücü ekstraksiyon yöntemini içerir.
(III) Yeni Geri Dönüşüm Prosesleri
Yeni geri dönüşüm teknolojileri, hidrojen patlaması, biyolojik özütleme ve elektrokimyasal yöntemler dahil olmak üzere geleneksel yöntemlerle ilişkili yüksek enerji tüketimi ve yüksek kirlilik sorunlarını çözmeyi amaçlamaktadır.
Farklı Geri Dönüşüm Proseslerinin Karşılaştırılması ve Çevresel Etki
Pirometalurjik prosesler kısa akış hızlarına ve yüksek işleme kapasitelerine sahip olsa da, yüksek enerji tüketimi ve tek nadir toprak elementlerini ayırmada zorluk yaşanır; hidrometalurjik prosesler yüksek geri kazanım oranlarına ve yüksek ürün saflığına sahip olsa da, yüksek asit tüketimi ve yüksek atık su arıtma maliyetleri söz konusudur; biyoliç ve elektrokimyasal yöntemler gibi yeni prosesler çevre dostudur, ancak çoğunlukla laboratuvar aşamasındadır ve henüz geniş ölçekte uygulanmamıştır.
Çevresel etki açısından, geleneksel geri dönüşüm prosesleri genellikle güçlü asitler, güçlü alkaliler ve yüksek sıcaklıklar kullanır, bu da büyük miktarda atık sıvı ve atık gaz oluşturarak çevresel yükü artırır. Bu nedenle, çevre dostu ve düşük tüketimli geri dönüşüm proseslerinin geliştirilmesi hayati önem taşımaktadır.
NdFeB atık geri dönüşümü, nadir toprak elementi kıtlığını hafifletmenin ve çevre kirliliğini azaltmanın önemli bir yoludur. Teknolojik inovasyon ve politika rehberliği sayesinde, NdFeB geri dönüşüm endüstrisi çevre dostu, düşük maliyetli, kısa prosesler ve yüksek geri kazanım oranlarına doğru ilerleyecek ve sürdürülebilir kalkınmaya yeni bir ivme kazandıracaktır.
Kauçuk endüstrisinde inorganik toz malzemelerin uygulanması ve geliştirilmesi
Kauçuk, ulaşım, makine, elektronik, savunma ve ulusal ekonominin diğer sektörlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, kauçuğun zayıf moleküller arası kuvvetler, büyük serbest hacim ve zayıf öz kristalleşme kabiliyeti gibi önemli dezavantajları da vardır; bu da kauçuk malzemelerde düşük mukavemet ve modül ile zayıf aşınma direncine neden olur. Bu nedenle, bu uygulamaların gereksinimlerini karşılamak için inorganik metalik olmayan dolgu maddeleri eklemek gerekir.
Genel olarak, kauçuktaki inorganik metalik olmayan dolgu maddeleri temel olarak şu işlevleri görür: takviye, dolgu (hacim artırma) ve maliyet düşürme, işleme performansını iyileştirme, vulkanizasyon özelliklerini düzenleme ve özel işlevler kazandırma.
Kauçukta Yaygın Olarak Kullanılan İnorganik Metalik Olmayan Mineral Dolgu Maddeleri
(1) Silika
Silika, şu anda kauçuk endüstrisinde karbon siyahından sonra en yaygın kullanılan ikinci takviye maddesidir. Silikanın kimyasal formülü SiO2·nH2O'dur. Parçacık yapısı çok sayıda boşluk içerir. Bu boşluklar 2-60 nm aralığında olduğunda, diğer polimerlerle kolayca birleşirler ve bu da silikanın takviye maddesi olarak kullanılmasının temel nedenidir. Bir takviye maddesi olarak silika, malzemelerin aşınma ve yırtılma direncini önemli ölçüde artırabilir. Ayrıca lastiklerin mekanik özelliklerini önemli ölçüde iyileştirebilir ve araçlarda, aletlerde, havacılık ve uzay sanayinde ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılır.
(2) Hafif Kalsiyum Karbonat
Hafif kalsiyum karbonat, kauçuk endüstrisinde en eski ve en yaygın kullanılan dolgu maddelerinden biridir. Kauçuğa eklenen büyük miktarlarda hafif kalsiyum karbonat, ürünün hacmini artırarak pahalı doğal kauçuktan tasarruf sağlayabilir ve maliyetleri düşürebilir. Hafif kalsiyum karbonat dolgu kauçuğu, saf kauçuk vulkanizatlarına göre daha yüksek çekme mukavemeti, aşınma direnci ve yırtılma mukavemeti sağlayabilir. Hem doğal hem de sentetik kauçukta önemli bir takviye etkisine sahiptir ve kıvamı da ayarlayabilir. Kablo endüstrisinde belirli bir düzeyde yalıtım sağlayabilir. (3) Kaolin
Kaolinit, yaygın bir kil minerali olan sulu bir alüminosilikattır. Kauçuktaki pratik uygulaması, kauçuğun elastikiyetini, bariyer özelliklerini, uzama ve eğilme mukavemetini artırır. Stiren-bütadien kauçuğa (SBR) modifiye kaolinit eklenmesi, kauçuğun uzamasını, yırtılma mukavemetini ve Shore sertliğini önemli ölçüde artırırken aynı zamanda hizmet ömrünü de uzatır.
(4) Kil
Kil, üretim süreci gereksinimlerine bağlı olarak lastik üretimi sırasında eklenebilir. Kil, maliyetleri düşürmek için dolgu maddesi olarak kullanılır. Ancak, kauçukla bağlanmayı kolaylaştırmak için aktifleştirilmiş kil olması gerekir. Aktifleştirilmiş veya modifiye edilmiş kil, formülasyondaki karbon siyahının yerini kısmen alabilir.
Çalışmalar, kil miktarı arttıkça kauçuk bileşiğinin sertliğinin, %300 çekme geriliminin ve çekme mukavemetinin hafifçe azaldığını, ancak bunun vulkanizasyon sisteminin ayarlanmasıyla telafi edilebileceğini göstermektedir. Sırt formülasyonlarında kullanıldığında, sistem optimizasyonundan sonra yuvarlanma direncini de azaltabilir.
(5) Baryum Sülfat
Lastik kauçuğu ve kayışlar gibi kauçuk ürünlerinin yaşlanma karşıtı ve hava koşullarına dayanıklılığını etkili bir şekilde artırabilir. Ayrıca, kauçuk ürünlerin yüzey pürüzsüzlüğünü de iyileştirebilir. Toz kauçuk dolgu maddesi olarak, toz uygulama oranını iyileştirmenin yanı sıra ekonomik maliyet açısından da belirgin avantajlara sahiptir.
(6) Talk
Talk tozu genellikle genel endüstriyel talk tozu ve ultra ince talk tozu olarak ikiye ayrılır. Genel endüstriyel talk tozu, kauçuk dolgu maddesi olarak takviye edici bir rol oynamaz ve kauçuğun fiziksel özelliklerini iyileştirmede ihmal edilebilir bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, genel endüstriyel talk tozu genellikle ayırıcı madde olarak kullanılır. Ultra ince talk tozu ise iyi bir takviye edici etkiye sahiptir. Kauçuk dolgu maddesi olarak kullanıldığında, kauçuğun çekme dayanımı, silikanın ürettiği etkiye eşittir.
(7) Grafit
Grafit, lamelli silikat metalik olmayan minerallerdendir ve iyi ısı iletkenliğine, elektrik iletkenliğine ve kayganlığa sahiptir. Grafitin kauçuk dolgu maddesi olarak kullanılması, montmorillonit için kullanılana benzer bir işlem gerektirir; grafit özel bir teknik kullanılarak nano boyutlu parçacıklara parçalanır. Bu nano parçacıklar kauçuk matrisiyle birleştiğinde, kauçuğun çeşitli işlevsel özellikleri iyileştirilir. Örneğin, elektriksel iletkenlik, ısıl iletkenlik, hava geçirmezlik ve mekanik özellikler önemli ölçüde iyileştirilir.
Toz Küreselleştirme Teknolojisinin Türleri ve Uygulamaları
Modern endüstri ve bilimin vazgeçilmez bir bileşeni olan toz küreselleştirme teknolojisi, tozların yüzey özelliklerini ve fiziksel özelliklerini iyileştirebilir, malzeme performansını optimize edebilir ve çok işlevli gereksinimleri karşılayabilir. Günümüzde toz küreselleştirme teknolojisi, ilaç, gıda, kimyasallar, çevre koruma, malzeme, metalurji ve 3D baskı dahil olmak üzere birçok alana yayılmıştır.
Küresel toz hazırlama teknolojisi, kimya, malzeme bilimi ve mühendislik alanlarında uzmanlık da dahil olmak üzere birçok disiplini kapsar. Aşağıda, toz küreselleştirmede kullanılan çeşitli teknolojileri inceleyeceğiz.
Mekanik Şekillendirme Yöntemi
Mekanik şekillendirme yöntemleri, parçacıkları plastik olarak deforme etmek ve adsorbe etmek için öncelikle çarpışma, sürtünme ve kesme gibi bir dizi mekanik kuvvet kullanır. Sürekli işleme, daha yoğun parçacıklarla sonuçlanır ve keskin kenarlar, darbe kuvvetiyle kademeli olarak yumuşatılır ve yuvarlatılır. Mekanik şekillendirme yöntemleri, ince toz malzemeler üretmek için yüksek hızlı darbeli değirmenler, ortam karıştırmalı değirmenler ve diğer tozlaştırma ekipmanlarını kullanır. Kuru ve ıslak öğütme ile birlikte kullanıldığında, bu yöntemler daha ince parçacık boyutuna, daha dar parçacık boyutu dağılımına ve belirli bir küreselleşme oranına sahip toz malzemeler üretir.
Mekanik şekillendirme, doğal grafit, yapay grafit ve çimento parçacıklarının küreselleştirilmesi ve şekillendirilmesinde yaygın olarak kullanılır. Ayrıca kırılgan metal veya alaşım tozlarının ezilmesi ve toz haline getirilmesi için de uygundur. Mekanik şekillendirme, mevcut kaynakları tam olarak değerlendirerek çok çeşitli düşük maliyetli hammaddeler kullanır. Basitlik, çevre dostu olma ve endüstriyel ölçeklenebilirlik gibi avantajlar sunar. Ancak, bu yöntem malzeme açısından çok seçici değildir ve işlenen parçacıkların küreselliğini, akış yoğunluğunu ve verimini garanti edemez. Bu nedenle, yalnızca daha düşük kalite gereksinimleri olan küresel tozlar üretmek için uygundur.
Püskürtmeli Kurutma
Püskürtmeli kurutma, sıvı bir maddenin damlacıklara atomize edilmesini ve ardından sıcak hava akımında hızla buharlaştırılarak katı parçacıklara dönüşmesini içerir. Püskürtmeli kurutmanın avantajları, basitliği ve ürün özelliklerini kontrol etme kolaylığıdır. Öncelikle askeri patlayıcılar ve bataryalar alanında kullanılır.
Gaz Fazı Kimyasal Reaksiyonu
Gaz fazı kimyasal reaksiyonu, istenen bileşiği bir kimyasal reaksiyon yoluyla üretmek için gaz halindeki hammaddeleri kullanır (veya katı hammaddeleri gaz haline buharlaştırır). Bu bileşik daha sonra hızla yoğunlaştırılarak çeşitli maddelerden oluşan ultra ince küresel tozlar üretilir.
Hidrotermal Yöntem
Hidrotermal yöntem, yüksek sıcaklık ve basınç koşulları altında bir reaktör kullanır ve reaksiyon ortamı olarak su veya organik bir çözücü kullanır. Parçacık boyutu, hidrotermal sıcaklık, hidrotermal süre, pH ve çözelti konsantrasyonu gibi parametreler ayarlanarak etkili bir şekilde kontrol edilebilir.
Çöktürme Yöntemi
Çöktürme yöntemi, metal iyonlarını bir çözeltide kimyasal reaksiyon yoluyla belirli bir çökeltici ile birleştirerek küçük, yarı katı kolloidal parçacıklar oluşturur ve kararlı bir süspansiyon oluşturur. Daha sonra, statik yaşlandırma, yavaş karıştırma veya çözelti ortamının değiştirilmesi gibi çökelme reaksiyon koşullarının daha da ayarlanmasıyla, bu kolloidal parçacıklar kademeli olarak kümelenir ve küresel bir şekle doğru büyür ve birincil küresel çökelti oluşturur. Elde edilen çökelti daha sonra kurutulur veya kalsine edilerek küresel bir toz malzeme üretilir.
Sol-Jel Yöntemi
Sol-jel yöntemi genellikle üç aşamadan oluşur: sol hazırlama, jel oluşumu ve küresel toz oluşumu. Isıl işlem, küresel tozun yapısını ve özelliklerini daha da iyileştirerek parçacık boyutu ve morfolojisinin hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar.
Mikroemülsiyon Yöntemi
Mikroemülsiyon yöntemi, sıvı-sıvı iki fazlı bir sistem hazırlama yöntemidir. Bu yöntem, küçük damlacıklar içeren bir emülsiyon oluşturmak için sulu bir faza çözünmüş bir öncül içeren organik bir çözücünün eklenmesini içerir. Daha sonra küresel parçacıklar çekirdeklenme, birleşme, aglomerasyon ve ısıl işlem yoluyla oluşturulur. Mikroemülsiyon yöntemleri, nanopartiküllerin ve organik-inorganik kompozit malzemelerin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Plazma Küreselleştirme
Yüksek teknolojinin hızla gelişmesi ve yeni nanomalzemelere ve yenilikçi hazırlama süreçlerine olan acil ihtiyaçla birlikte, plazma kimyasının araştırma ve uygulamaları giderek daha fazla ilgi görmektedir. Yüksek sıcaklık, yüksek entalpi, yüksek kimyasal reaktivite ve kontrol edilebilir reaksiyon atmosferi ve sıcaklığı ile karakterize edilen plazma küreselleştirme, yüksek saflıkta, küçük parçacıklı küresel tozlar üretmek için idealdir.
Diğer yöntemler arasında deflagrasyon, Gaz Yakmalı Alev Peletleme, Ultrasonik Atomizasyon, Santrifüjlü Atomizasyon, tel kesme, delme ve yeniden eritme ve darbeli mikro gözenek püskürtme yer almaktadır.
Silisyum nitrür tozunun yüzeyi nasıl değiştirilir?
Silisyum nitrür tozunun yüzey modifikasyonu, esas olarak toz yüzeyinin çeşitli fiziksel ve kimyasal yöntemlerle işlenerek parçacıkların fiziksel ve kimyasal özelliklerinin iyileştirilmesini içerir.
Yüzey modifikasyonu, toz parçacıkları arasındaki karşılıklı çekimi azaltarak tozun ortamda daha iyi dağılmasını ve toz bulamacının dağılabilirliğini artırabilir. Ayrıca, silisyum nitrür tozunun yüzey aktivitesini artırarak diğer maddelerle uyumluluğunu artırabilir ve böylece yeni özellikler geliştirebilir.
Toz yüzey modifikasyonunun temel prensibi, toz ve yüzey modifiye edici arasındaki etkileşimin toz yüzeyinin ıslanabilirliğini artırması ve sulu veya organik ortamdaki dağılımını iyileştirmesidir.
1. Yüzey Kaplama Modifikasyonu
Yüzey kaplama modifikasyon teknolojisi, kaplama malzemesini kaplanmış nesnenin yüzeyine düzgün bir şekilde tutturmak için fiziksel veya kimyasal adsorpsiyondan yararlanarak düzgün ve eksiksiz bir kaplama tabakası oluşturur. Kaplama işlemi sırasında oluşan kaplama tabakası genellikle tek tabakalıdır.
Kaplama modifikasyonu genellikle inorganik ve organik olarak sınıflandırılır. İnorganik kaplama, öncelikle tozu modifiye etmek için seramik parçacıklarının yüzeyine uygun oksit veya hidroksitlerin biriktirilmesini içerir, ancak bu modifikasyon yalnızca fiziksel özellikleri etkiler. Organik kaplama ise kaplama malzemesi olarak organik maddelerin seçilmesini içerir. Bu organik maddeler, toz parçacıklarının yüzeyindeki gruplarla bağlanır ve seçici olarak yüzeye adsorbe olarak kaplama tabakasının özelliklerini toza aktarır.
Bu modifikasyon teknolojisi düşük maliyetli, basit adımlar ve kolay kontrol sunar, ancak elde edilen sonuçlar genellikle sınırlıdır.
2. Yüzey Asit ve Alkali İşlemi
Seramik kalıplama işlemleri genellikle yüksek katı madde içeriğine ve düşük viskoziteye sahip seramik bulamaçları gerektirir. Toz yüzeyindeki yük yoğunluğu, bulamacın reolojik ve dağılabilirliğini önemli ölçüde etkiler. Seramik toz yüzeyinin yıkanması (asit ve alkali işlemler), tozun yüzey yük özelliklerini değiştirebilir. Adından da anlaşılacağı gibi, bu modifikasyon yöntemi, silisyum nitrür tozunun farklı konsantrasyonlardaki asit veya alkali çözeltileriyle iyice karıştırılıp yıkanmasını içerir.
Aynı zamanda, belirli bir konsantrasyondaki alkali işlem, seramik tozlarının yüzeyiyle reaksiyona girebilir. Wang Yongming ve arkadaşları tarafından yapılan araştırmalar, alkali yıkama işleminin silisyum karbür tozunun yüzeyindeki silanol içeriğini azaltabileceğini, oksidasyon derecesini düşürebileceğini, parçacıklar arasındaki elektrostatik itmeyi değiştirebileceğini ve bulamacın reolojik özelliklerini iyileştirebileceğini göstermiştir.
3. Dispersant Modifikasyonu
Farklı seramik tozu türleri arasındaki farklılıklara dayanarak, uygun bir dispersant seçmek veya yeni bir dispersant tasarlamak, seramik bulamacının katı içeriğini artırmada önemli bir rol oynar. Eklenen dispersantın türü ve miktarı, seramik özellikleri üzerindeki etkiyi önemli ölçüde değiştirebilir.
Dispersantlar genellikle hem hidrofilik hem de hidrofobik yapılara sahiptir ve bu hidrofilik ve hidrofobik gruplar arasındaki etkileşim sayesinde seramik bulamacının dispersiyon özelliklerini ayarlarlar. Dispersantlar arasında yüzey aktif maddeler veya polimer elektrolitler bulunur; yüzey aktif maddeler arasında ise katyonik ve anyonik yüzey aktif maddeler bulunur.
Polimer elektrolitler arasında polivinil sülfonik asit, poliakrilik asit, polivinil piridin ve polietilenimin bulunur. Dispersanlar, toz yüzeyiyle kimyasal ve fiziksel adsorpsiyon da dahil olmak üzere adsorpsiyon reaksiyonlarına girebilir ve parçacıklar arası kuvvetlerden (van der Waals kuvvetleri ve elektrostatik itme) ve sterik etki potansiyelinden yararlanabilirler.
4. Yüzey Hidrofobisite Modifikasyonu
Yüzey hidrofobisite modifikasyonu, seramik tozdaki hidroksil gruplarının hidrokarbon grupları, uzun zincirli alkil grupları ve sikloalkil grupları gibi hidrofobik gruplara dönüştürülmesini içerir. Bu organik gruplar seramik toz yüzeyine bağlanarak güçlü bir hidrofobik etki gösterir ve dispersiyon ortamında daha iyi dispersiyon sağlayarak aglomerasyonu önler.
Polimerler silisyum nitrür tozunun yüzeyine aşılandığında, uzun polimer zincirleri toz yüzeyine bağlanırken, diğer uçlardaki hidrofilik zincirler sulu ortama uzanır. Dispersiyon süreci boyunca toz parçacıkları hem parçacıklar arası itmeyi hem de uzun polimer zincirlerinin yarattığı sterik engeli deneyimler ve bunun sonucunda daha iyi bir bulamaç dispersiyonu elde edilir.
Kaolin'in dört yenilikçi uygulama alanı ve beklentileri
1:1 katmanlı bir silikat minerali olan kaolin, dağılabilirlik, plastisite, sinterlenebilirlik, refrakter özellikler, iyon değiştirilebilirlik ve kimyasal kararlılık gibi çok sayıda özelliğe sahip olması nedeniyle çeşitli endüstriyel alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Günümüzde kaolinin uygulamaları ağırlıklı olarak seramik, kağıt yapımı ve refrakterler gibi geleneksel endüstrilerde yoğunlaşmıştır.
1. Yüksek Performanslı Kompozitler
Kaolinin kompozitlerde uygulanması, malzemelerin yüzey özelliklerini (adsorpsiyon kapasitesi gibi) iyileştirebilir.
Kaolinin kompozitlerdeki faydaları arasında adsorpsiyonu artırma, elektriksel özellikleri geliştirme, termal kararlılığı/yangına dayanıklılığı artırma ve mekanik kararlılığı iyileştirme yer alır. Ancak pratik uygulamalar, kaolinin kompozitlerdeki yetersiz dağılabilirliği ve arayüz uyumluluğu gibi, etkinliğini sınırlayabilecek zorluklar sunmaktadır.
Gelecekteki araştırma alanları, dağılabilirliğini ve matris malzemeleriyle uyumluluğunu iyileştirmek için daha verimli ve çevre dostu kaolin yüzey modifikasyon teknolojilerinin geliştirilmesini içermektedir; Enerji hasadı, atık su arıtımı ve yangın güvenliği gibi belirli uygulamaların ihtiyaçlarını karşılamak üzere çok işlevli kaolin bazlı kompozitlerin tasarımını araştırmak; ve nano ölçekli işleme ve moleküler manipülasyon yoluyla kaolinin özgül yüzey alanını ve aktif bölge sayısını daha da artırarak performansını artırmak. Ayrıca, kaolin kompozitleri için düşük maliyetli ve çevre dostu üretim süreçlerini teşvik etmek ve geniş ölçekli uygulamalar elde etmek için akıllı üretim teknolojilerini entegre etmek için çaba gösterilmelidir.
2. Gözenekli Malzemeler: Moleküler Elek Alanı
Moleküler elekler, farklı molekülleri seçici olarak adsorbe eden düzenli bir gözenek yapısına sahip malzemelerdir. Petrol rafinasyonunda, petrokimyada, tarımda ve su arıtımında yaygın olarak kullanılırlar. Silika ve alümina bakımından zengin, yaygın ve ucuz bir doğal mineral olan kaolin, zeolit moleküler eleklerin sentezlenmesinde doğrudan kullanılabilir. Geleneksel ve potansiyel olarak toksik olan silisyum ve alüminyum kaynaklarıyla karşılaştırıldığında, kaolin yalnızca çevre dostu olmakla kalmaz, aynı zamanda maliyetleri düşürür ve sentez sürecini basitleştirir.
Kaolin, kalsinasyon ve asit liçi gibi basit ön işlemlerle silikat ve alümina aktivitesini aktive etmekle kalmaz, aynı zamanda şablonlama maddesi manipülasyonu ve sıcaklık optimizasyonu yoluyla moleküler elek performansını da artırır.
3. Biyomedikal
Kaolin, mükemmel biyouyumluluk, yüksek özgül yüzey alanı, kimyasal inertlik, kolloidal özellikler ve tiksotropi ile karakterize bir tür nanosilikat kil mineralidir. Biyomedikal alanındaki araştırmalar, temel ilaç taşıyıcı uygulamalarından gen terapisi ve 3B biyobaskı gibi daha karmaşık biyomedikal uygulamalara doğru yavaş yavaş kaymaktadır. Kaolinin uygulamaları, basit fiziksel destek ve ilaç salınımından hücre büyümesini ve gen iletimini destekleyen karmaşık sistemlere kadar genişlemiştir.
4. Enerji Depolama
Enerji depolama her zaman gündemde olan bir konu olmuştur. Verimli ve sürdürülebilir enerji depolama çözümleri aramak, küresel enerji zorluklarının üstesinden gelmenin temel yollarından biridir. Benzersiz yapısı ve çok işlevliliği ile kaolin, enerji depolama için ideal bir aday haline gelmiştir. Kaolin, lityum iyon piller, süper kapasitörler ve mikrobiyal yakıt hücreleri gibi çeşitli enerji depolama cihazlarında kullanılmaktadır.
Kaolinin gelecekteki uygulama beklentileri şunlardır:
a. Yenilikçi malzemelerin araştırma ve geliştirme çalışmaları, elektronik, enerji depolama ve diğer alanlardaki performansını artırmayı amaçlayan kaolin nano işleme ve yüzey modifikasyon teknolojilerine odaklanacaktır. Örneğin, kaolin bazlı nanokompozitler, mekanik mukavemet ve iletkenliği artırmak için polimerler veya karbon bazlı malzemelerle birleştirilerek geliştirilebilir.
b. Kaolin, özellikle ağır metallerin giderimi ve kirleticilerin adsorpsiyonu gibi su arıtımı ve toprak ıslahı gibi çevresel sorunlara çözüm sağlama potansiyeline sahiptir.
c. Disiplinlerarası teknolojilerin entegrasyonu, ilaç taşıyıcı sistemler veya biyoaktif iskeleler geliştirmek için biyoteknolojiyi entegre ederek kaolinin biyofarmasötik alanında yenilikçi uygulamalarını teşvik edecektir.
d. Çevre dostu malzemelere yönelik artan pazar talebiyle birlikte, şirketler yenilikçi keşifleri yüksek sıcaklığa dayanıklı kaolin seramikleri veya hafif kompozitler gibi rekabetçi ürünlere dönüştürmek için Ar-Ge kurumlarıyla iş birliğini güçlendirmelidir.
e. Sürdürülebilir kalkınmaya yönelik küresel vurguyla birlikte, politika desteği ve ekonomik fizibilite, kaolin Ar-Ge ve uygulamalarının yönünü etkileyecektir. Bu nedenle, sektörün kaynak bulunabilirliğini ve maliyet optimizasyonunu yakından izlemesi, risk yönetimini güçlendirmesi ve karmaşık uluslararası ortamla başa çıkabilmek için küresel rekabet gücünü artırması gerekmektedir.
Kozmetik amaçlı SDS modifiye baryum sülfat
Kozmetik opaklaştırıcılar, lekeleri gizleme ve cildi aydınlatma gibi etkilere ulaşmak için temel bileşenlerdir; dağılabilirlikleri ve stabiliteleri, ürün performansını ve raf ömrünü doğrudan etkiler.
Baryum sülfat, yüksek kırılma indisi, iyi opaklığı ve kimyasal stabilitesi nedeniyle kozmetiklerde yaygın olarak kullanılır. Ancak, topaklanma eğilimi kozmetiklerdeki kullanımını sınırlar.
Bu çalışma, bilyalı öğütme yöntemiyle ultra ince baryum sülfat hazırlayarak ve yüzey modifikasyonu ve dispersiyon işlemlerini optimize ederek kozmetik matrislerdeki baryum sülfatın dağılabilirliğini ve stabilitesini incelemektedir.
1. Modifikasyon Yöntemleri
(1) Baryum Sülfat Ön İşlemi
Endüstriyel sınıf baryum sülfat kurutuldu ve 200 mesh'lik bir elekten partiler halinde elendi. Her parti için 100 g baryum sülfat, iki silindirli bir değirmende 0,5 g stearik asit ile 3 dakika karıştırıldı. Rulolar daha sonra minimum boşluğa ayarlandı ve 6 kez geçirildi, ardından 2 mm boşluk bırakılarak son bir geçiş gerçekleştirildi ve ilk karıştırma işlemi tamamlandı. Karıştırılmış baryum sülfat, ön işlem görmüş ürünü elde etmek için 80°C'de 4 saat kurutuldu.
(2) Yüzey Modifikasyonu
100 birim baz formülasyon kullanılarak, farklı oranlarda ön işlem görmüş baryum sülfat eklendi ve 60°C'de yüzey modifikasyonuna tabi tutuldu. Modifikasyon sırasında 1,5 birim sodyum dodesil sülfat eklendi ve karışım iyice karıştırıldı. Rulolar minimum boşluğa ayarlandı ve düzleştirilmeden önce 6 kez geçirildi ve modifiye baryum sülfat elde edildi.
(3) Dispersiyonun Hazırlanması
Modifiye baryum sülfat, mekanik karıştırma ve ultrasonik dispersiyon kombinasyonu kullanılarak farklı oranlarda baz formülasyona dağıtıldı. Belirli bir miktarda modifiye baryum sülfat tartıldı, deiyonize suya eklendi ve 10 dakika boyunca ultrasonik olarak dağıtıldı. Baz formülasyonu daha sonra karıştırılarak yavaşça eklendi ve karışım 30 dakika daha karıştırıldı.
2. Optimal Modifikasyon Prosesi ve Performans Değerlendirmesi
(1) Optimal Modifikasyon Prosesi
Sistematik araştırmalarla, optimum proses koşulları belirlendi: Endüstriyel sınıf baryum sülfat, 200 mesh'lik bir elekten elendi ve 60°C'de 4 saat kurutuldu. Yüzey değiştirici olarak baryum sülfat ağırlığının %1,5'i oranında sodyum dodesil sülfat kullanıldı ve modifikasyon 60°C'de 2 saat gerçekleştirildi. Dispersiyon prosesinde, baryum sülfat içeriği %15-20, dispersiyon sıcaklığı 60°C, dispersiyon süresi 15 dakika ve sistem pH'ı 8,0-8,5'te tutuldu. Mekanik karıştırma ve ultrasonik dispersiyon kombinasyonu kullanıldı.
Bu koşullar altında, elde edilen dispersiyon sistemi aşağıdaki özellikleri sergilemiştir: 0,8-1,2 μm ana parçacık boyutuna sahip homojen bir parçacık boyutu dağılımı; 7 gün içinde önemli bir tortulaşma olmadan iyi bir dağıtıcı kararlılığı; ve homojen ve sürekli bir filmle mükemmel bir örtücülük.
(2) Kozmetiklerde Uygulama Değerlendirmesi
Hazırlanan baryum sülfat dispersiyonu kozmetik formülasyonlarda değerlendirilmiştir: Modifiye baryum sülfat dispersiyonunun %15'inin bir fondöten kremine eklenmesi, baz matrisle iyi uyumluluk ve faz ayrımı olmadan iyi bir örtücülük ve keyifli bir kullanıcı deneyimi sağlamıştır.
Dispersiyonun %20'sinin bir kapatıcı formülasyonuna eklenmesi, örtücülüğü önemli ölçüde iyileştirmiş, iyi bir stabilite sağlamış ve doğal ve uzun süreli bir etki sağlamıştır.
Uygulama değerlendirme sonuçları, optimize edilmiş işlem kullanılarak hazırlanan baryum sülfat dispersiyonunun kozmetik uygulamalarda mükemmel performans gösterdiğini göstermektedir. ALPA, ürününüzün değerini en üst düzeye çıkarmak için ultra ince öğütme ve sınıflandırma konusunda uzmanlaşmıştır. Baritin ultra ince öğütme ve sınıflandırma konusunda uzmanlaşmıştır.
Montmorillonitin yeni enerji alanındaki potansiyeli
Montmorillonit (MMT), katmanlı bir silikat mineralidir. Yapısında, alüminyum-oksijen oktahedralarındaki yüksek değerlikli alüminyum atomları, düşük değerlikli atomlarla kolayca yer değiştirebilir ve bu da katmanlar arasında negatif bir yük oluşmasına neden olur. Katmanlar arası yapının stabilitesini korumak için montmorillonit, çevresinden Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ ve K+ gibi katyonları adsorbe eder. Bu özellik, montmorillonite güçlü adsorpsiyon ve katyon değişim yetenekleri kazandırır. Bu benzersiz yapı ve değişim kapasitesi, montmorillonite yeni enerji teknolojileri alanında önemli uygulama potansiyeli kazandırır.
Lityum Pil Malzemeleri
(1) Katı Hal Elektrolitleri İçin
Çok sayıda çalışma, yeni bir inorganik dolgu maddesi olan montmorillonitin (MMT), katı polimer elektrolitlerin (SPE'ler) iyonik iletkenliğini ve mekanik özelliklerini önemli ölçüde iyileştirebileceğini göstermiştir.
(2) Yapay SEI Katmanlarının Oluşturulması
Yapay katı elektrolit ara faz (SEI) filmlerinde, katmanlı montmorillonit-lityum (Li-MMT), SEI katmanına iyi mekanik özellikler kazandırır ve lityum dendrit büyümesini baskılamaya yardımcı olan Li+ taşıma kanalları sağlar. Li-MMT'deki hızlı Li+ kanallarından yararlanan, Li-MMT SEI katmanıyla birleştirilmiş bir Li-LiFePO4 tam hücresi, üstün hız performansı sergiler ve 1C hızında 400 döngüden sonra %90,6'lık yüksek bir kapasite tutma oranı sağlar.
(3) Ayırıcı Optimizasyonu
MMT, mükemmel adsorpsiyon özellikleri nedeniyle ayırıcıları optimize etmek için kullanılır. Ticari PE ayırıcılarla karşılaştırıldığında, Li-MMT ile modifiye edilmiş ayırıcı, elektrot/elektrolit arayüzünde daha yüksek bir Li+ konsantrasyonuna sahiptir, bu da seçici lityum birikimini azaltır, yerel akım yoğunluğunu zayıflatır ve dendrit büyümesini baskılar.
(4) Sıvı Elektrolitlerin Optimizasyonu
Lityum metal pil sistemlerinde, PEO elektrolitlerine kıyasla montmorillonit, +26 mV'luk bir zeta potansiyeli ile metalik lityumla daha güçlü bir afinite gösterir ve bu da montmorillonit yüzeyinin yakınındaki lityum iyonlarının zenginleşmesini destekler. Lityum iyonlarının adsorpsiyonu ve ayrılmasıyla, aşırı potansiyel hafifçe -57,7 mV'a yükselir ve lityum iyonlarının montmorillonitten göç ederek bakır akım toplayıcı yüzeyine birikmesine neden olur.
(5) Taşıyıcı Malzemeler
Süper Kapasitörler
Şablon Malzemeler
Atapulgit, montmorillonit, halloysit ve diatomit gibi bazı doğal minerallerin belirli morfolojileri vardır ve bunlar genellikle belirli morfolojilere sahip gözenekli karbon malzemeleri sentezlemek için şablon olarak kullanılır. Ayrıca, belirli morfolojilere sahip iletken polimerler mineral şablon yöntemi kullanılarak sentezlenebilir. (2) Elektrot Taşıyıcı Malzemeler
Belirli morfolojilere sahip aktif malzemeler elde etmek, aynı zamanda özgül kapasitansı artırmak ve döngü kararlılığını iyileştirmek için, montmorillonit ve halloysit gibi minerallerin yüzeyine aktif malzemeler yüklenebilir.
Metan Depolama Malzemeleri
Araştırmacılar, geleneksel sıkıştırılmış doğal gaz ve sıvılaştırılmış doğal gaz teknolojilerine alternatif olarak ekonomik, kullanışlı ve güvenli olan adsorpsiyon tabanlı doğal gaz depolama teknolojisinin kullanımını araştırmaktadır. Çalışmalar, kil minerallerinin kaya gazı rezervuarlarının oluşumunda ve gelişiminde olumlu bir rol oynadığını ve gaz depolama kapasitesine sahip olduğunu göstermiştir.
Elektrokatalitik Malzemeler
Elektrokataliz, elektrot/elektrolit arayüzünde yük transfer reaksiyonlarını hızlandıran bir kataliz türüdür ve elektrokimyasal hidrojen oluşumu, oksijen oluşumu ve NOx indirgenmesi gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Montmorillonit gibi kil mineralleri, partikül agregasyonunu önlemek, hassaslaştırıcı moleküllerin kararlılığını artırmak ve reaksiyon seçiciliğini artırmak için fotoelektrokatalitik elektrot reaksiyon bileşenleri için taşıyıcı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.
Faz Değişimi Termal Enerji Depolama Malzemeleri
Faz değişimi termal enerji depolama malzemeleri (FDM'ler), faz değişimi sırasında ısı emilimini veya salınımını termal enerji depolama ve salınımı için kullanan yeni bir tür fonksiyonel malzemedir. Doğal mineraller, faz değişimi termal enerji depolama alanında önemli bir rol oynar. Bir yandan, doğal minerallerin kendileri mükemmel inorganik faz değişim malzemeleridir ve uygun çekirdekleştirici maddeler ve koyulaştırıcılar eklendikten sonra yüksek performanslı faz değişimi termal enerji depolama malzemelerine dönüştürülebilirler. Diğer yandan, minerallerin gözenekli yapısı, faz değişimi termal enerji depolama malzemeleri için mükemmel bir taşıyıcı görevi görebilir.
Titanyum dioksit toz kaplama modifikasyonu
Titanyum dioksit tozunun (titanyum beyazı) yüzey modifikasyonu, performansını (dağılabilirlik, hava koşullarına dayanıklılık, parlaklık ve kimyasal kararlılık gibi) artırmak için önemli bir yöntemdir. Yaygın yüzey modifikasyon teknikleri genel olarak üç kategoriye ayrılabilir: inorganik kaplama, organik kaplama ve kompozit kaplama. Aşağıda bu yöntemlerin ayrıntılı bir sınıflandırması ve kısa bir tanıtımı yer almaktadır:
İnorganik Kaplama Modifikasyonu
Bu yöntem, titanyum dioksit parçacıklarının yüzeyinin inorganik oksit veya tuzlardan oluşan bir tabaka ile kaplanmasını ve kimyasal kararlılığını ve optik özelliklerini iyileştirmek için fiziksel bir bariyer oluşturulmasını içerir.
1. Oksit Kaplama
Prensip: Metal oksit hidratları (SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ vb.) titanyum dioksit parçacıklarının yüzeyine çökeltilerek homojen bir kaplama tabakası oluşturur.
İşlem: Tipik olarak, titanyum dioksit bulamacına metal tuzlarının (sodyum silikat, alüminyum sülfat gibi) eklendiği ve pH değerinin metal oksit hidratlarının yüzeye çökelmesi için ayarlandığı sıvı faz biriktirme yöntemi kullanılır.
2. Kompozit Oksit Kaplama
Prensip: İki veya daha fazla metal oksit (Al₂O₃-SiO₂, ZrO₂-SiO₂ vb.) ile kaplama, her bir bileşenin avantajlarını bir araya getirir.
Özellikler: Üstün genel performans; örneğin, Al₂O₃-SiO₂ kaplama, dağılabilirliği ve hava koşullarına dayanıklılığı aynı anda artırarak zorlu otomotiv kaplamaları ve bobin kaplamaları için uygundur.
3. Tuz Kaplama
Prensip: Titanyum dioksit parçacıklarının yüzeyinde çözünmeyen bir tuz tabakası oluşturmak için metal tuzlarının (fosfatlar, silikatlar, sülfatlar vb.) kullanılması.
Organik Kaplama Modifikasyonu
Bu yöntem, organik bileşiklerin titanyum dioksit yüzeyindeki hidroksil gruplarıyla reaksiyona girmesini ve organik ortamlarla uyumluluğunu artırmak için organik bir moleküler tabaka oluşturmasını içerir. 1. Bağlayıcı Madde Kaplaması
Prensip: Bağlayıcı maddelerin (silan, titanat ve alüminat gibi) amfifilik yapısından yararlanılarak, bir ucu titanyum dioksit yüzeyindeki hidroksil gruplarına bağlanırken, diğer ucu organik matrisle (örneğin reçine, polimer) reaksiyona girer.
Fonksiyonları:
Silan bağlayıcı maddeler: Su bazlı kaplamalarda ve mürekkeplerde yaygın olarak kullanılan, sulu sistemlerde titanyum dioksitin dağılabilirliğini artırır.
Titanat/alüminat bağlayıcı maddeler: Plastik ve kauçuk gibi yağlı sistemlerde uyumluluğu artırarak, işleme sırasında aglomerasyonu azaltır.
2. Yüzey Aktif Madde Kaplama
Prensip: Yüzey aktif maddeler (yağ asitleri, sülfonatlar ve kuaterner amonyum tuzları gibi), fiziksel adsorpsiyon veya kimyasal reaksiyon yoluyla titanyum dioksit yüzeyine yapışarak bir yük tabakası veya hidrofobik tabaka oluşturur.
3. Polimer Kaplama
Prensip: Polimerlerin (akrilatlar, epoksi reçineleri ve siloksanlar gibi) polimerizasyon reaksiyonları yoluyla titanyum dioksit yüzeyine aşılanması.
Fonksiyonları:
Kalın bir kaplama tabakası oluşturarak kimyasal saldırılara karşı daha fazla koruma sağlar ve hava koşullarına dayanıklılığı ve mekanik özellikleri iyileştirir.
Yüksek performanslı kompozitler ve kaplamalar için uygun, belirli reçinelerle uyumluluğu artırır.
4. Organosilikon Kaplama
Prensip: Titanyum dioksit parçacıklarını kaplamak için polisiloksanların (silikon yağı, silikon reçinesi vb.) düşük yüzey enerjisinden yararlanılır.
Fonksiyonları: Yüzey gerilimini azaltır, dağılabilirliği ve kayganlığı artırır, mürekkeplerde ve kozmetiklerde yaygın olarak kullanılır.
Kompozit Kaplama Modifikasyonu
İnorganik ve organik kaplamaların avantajlarını birleştiren çift kaplama işlemi (sıralı veya eş zamanlı) tamamlayıcı performans sağlar.
1. İnorganik-Organik Sıralı Kaplama
İşlem: İlk olarak inorganik oksitlerle (örneğin SiO₂) fiziksel bir bariyer oluşturulur, ardından bağlayıcı maddeler veya polimerlerle organik modifikasyon gerçekleştirilir.
Özellikler: Hava koşullarına dayanıklılık ve uyumluluğu dengeler, yüksek performanslı mimari kaplamalar veya otomotiv OEM boyaları için uygundur. 2. İnorganik-Organik Eş Zamanlı Kaplama
İşlem: İnorganik ve organik kaplama maddeleri aynı reaksiyon sistemine eş zamanlı olarak eklenerek bir çekirdek-kabuk yapısı oluşturulur.
Özellikler: Kaplama tabakası daha güçlü yapışma ve önemli ölçüde iyileştirilmiş performans sergiler, üst düzey uygulamalar (örneğin havacılık kaplamaları, nanokompozitler) için uygundur.
Diğer Özel Kaplama Teknolojileri
1. Nanopartikül Kaplama
Prensip: Kaplamada nanopartiküllerin (örneğin nano-SiO₂, nano-ZnO) kullanılması, UV korumasını ve şeffaflığı artırır ve güneş koruyucu kozmetiklerde ve optik kaplamalarda yaygın olarak kullanılır.
2. Mikrokapsülleme
Prensip: Titanyum dioksit partiküllerinin polimerik mikrokapsüllere kapsüllenmesi, kapsülün yırtılma koşullarını (örneğin sıcaklık, pH) kontrol ederek titanyum dioksitin salınması, akıllı kaplamalar ve kontrollü salım sistemleri için uygundur.
Farklı kaplama yöntemlerinin seçimi, uygulamaya (örneğin kaplamalar, plastikler, mürekkepler, kozmetikler) ve performans gereksinimlerine (hava koşullarına dayanıklılık, dağılabilirlik, uyumluluk vb.) bağlıdır.