Fabricação de alta temperatura de nanoestruturado ria-Stabilized Zirconia-Scaffolds (ZEI) pela<em&gt; In Situ</em&gt; Carbono Templating xerogéis

Resumo

Um protocolo para a fabricação de matrizes porosas, nanoestruturada estabilizada com ítria-zircónia (YSZ), a temperaturas entre 1000 ° C e 1400 ° C, é apresentada.

Resumo

Nós demonstramos um método para a fabricação de alta temperatura poroso, nanoestruturada estabilizada com ítria-zircónia (YSZ, 8% molar de óxido de ítrio - 92% em mol de zircónia) andaimes com áreas de superfície específicas sintonizáveis até 80 m ² g ^-1 ·. Uma solução aquosa de um sal de zircónio, ítrio sal, e glicose é misturado com óxido de propileno (PO) para formar um gel. O gel é seco sob condições ambientes para formar um xerogel. O xerogel é pressionado em peletes e depois sinterizadas numa atmosfera de árgon. Durante a sinterização, a YSZ formas de fase de cerâmica e os componentes orgânicos decomponha, deixando atrás de carbono amorfo. O carbono formado in situ serve como um molde duro, preservando uma nanomorfologia área de superfície elevada no YSZ temperatura de sinterização. O carbono é subsequentemente removido através de oxidação ao ar a baixa temperatura, resultando em um poroso, andaime nanoestruturada YSZ. A concentração do molde de carbono e a área de superfície andaime final pode ser sistemáticaly sintonizada por variação da concentração de glucose na síntese de gel. A concentração de molde de carbono foi quantificada usando análise termogravimétrica (TGA), a área de superfície e de distribuição de tamanho de poro foi determinado por meio de medições de adsorção física, e a morfologia foi caracterizada utilizando microscopia electrónica de varrimento (MEV). pureza de fase e o tamanho de cristalite foi determinada utilizando difracção de raios-X (DRX). Esta abordagem proporciona uma nova fabricação, plataforma flexível para realizar a áreas de superfície de andaime sem precedentes e nanomorphologies para aplicações cerâmicas à base de conversão de energia electroquímica, por exemplo, células de combustível de óxido sólido (SOFC) eléctrodos.

Introdução

A célula de combustível de óxido sólido (SOFC) é uma grande promessa como uma tecnologia de conversão de energia alternativa para a geração eficiente de energia eléctrica limpo. ¹ Um progresso considerável foi feito na pesquisa e desenvolvimento desta tecnologia; no entanto, melhorias no desempenho eletrodo ainda são necessários para atingir a comercialização de confiança. O eléctrodo compreende muitas vezes uma estrutura de suporte de cerâmica porosa com as partículas electrocatalíticas decorado na superfície do andaime. Um grande corpo de investigação tem-se centrado em aumentar a área da superfície das partículas electrocatalíticas para aum....

Protocolo

1. Preparar Pellets xerogel

1. Síntese gel
   1. Adicionar uma 25 milímetros barra de agitação magnética e 113 mL de água de s ionizada para um copo de 500 ml. Magneticamente agitar a água deionizada a uma taxa mais alta que não formam um vórtice.
   2. Adiciona-se lentamente 13,05 g (0,056 mol) de cloreto de zircónio anidro à água desionizada em pequenos incrementos. Depois de todo o cloreto de zircónio anidro foi dissolvido, adicionar 53,29 g (0,296 mol) de glicose para a solução.
   3. Depois de toda a glucose foi dissolvida na solução, adicionar 3,73 g (0,01 mol) de hexa-hidrato de nitrato de itrio para a solução. Aumentar a taxa de agitação ma....

Resultados

Pureza fases foi confirmada pela difracção de raios-X (XRD) tal como anteriormente relatado por Cottam et al. ¹⁴ YSZ andaime área superficial específica como uma função da concentração de molde de carbono é mostrado na Figura 1. A concentração é apresentado como a percentagem em volume de sólidos totais no sedimento xerogel sinterizado. A concentração de molde de carbono aumenta sistematicamente com o aumento da concentração de glucose na.......

Discussão

Com esta abordagem de moldação de carbono in situ, pode-se criar e preservar nanomorfologia em misto metal-óxidos a temperaturas de sinterização de cerâmica andaime tradicionais. As áreas de superfície resultantes são até 80 vezes maior do que andaimes tradicionalmente sinterizados e até 4 vezes mais elevados do que andaimes fabricados por técnicas de deposição de complexos. ¹⁴ O sistema de gel de óxido de propileno-glicose é altamente flexível para ajustar a concentração do molde de car.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Cloreto de zircônio(IV), 99,5+%	Alfa Aesar	12104
Hexadidrato de nitrato de ítio(III) sensível ao ar, 99,9%	Alfa Aesar	12898	Oxidante
D+ Glicose Anidra, ≥ 99,5%	US Ciências Biológicas da Vida	G3050
(±)-Óxido de propileno, ≥ 99%	Sigma Aldrich	110205	Extremamente inflamável
Etanol 200 Prova	Decon Laboratories, Inc.	2716GEA
Argônio, 99,997%	Airgas	AR 300	Grau industrial