נחושת כרומיט, הנוסחה הכימית היא CuCr2O4, CAS 12053-18-8. זוהי אבקה ירוקה כהה עם מבנה גבישי פוליהדרלי. על פי שיטות הכנה שונות ושינויי פני השטח, הוא יכול גם להציג גדלים וצורות חלקיקים שונים, כגון כדורי, עמודי משושה או בצורת מוט וכו'. זהו מוליך חשמלי ותרמי מצוין. מכיוון שהוא מכיל נחושת, הוא מסוגל להוליך ביעילות חשמל וחום. למעשה, יש לו יישומים חשובים בתחום האלקטרוניקה וציוד הקירור. המסיסות נמוכה מאוד במים וברוב הממיסים האורגניים. מגבלת מסיסות זו מעניקה למוצר יציבות מעולה ויכולת שימוש חוזר ביישומי זרז. זהו חומר אנטי-פרומגנטי. כאשר הוא ממוקם בשדה מגנטי חיצוני, המומנטים המגנטיים שלו מתיישרים בכיוון ההפוך לשדה המגנטי החיצוני. מגנטיות זו גורמת למוצר להיות בעל השפעות מיוחדות ביישום זרזים. זוהי תרכובת מתכת אנאורגנית. תרכובת זו נמצאת בשימוש נרחב בתעשייה הכימית כזרז. כזרז, נעשה בו שימוש נרחב, והוא גם הראה את ערך היישום הגבוה ביותר שלו בתחומי האלקטרוניקה, סגסוגות קשות, ציוד קירור, תאי דלק, זכוכית אופטית ופיגמנטים. שימושים אלה לא רק משקפים את התכונות הפיזיקליות המצוינות של המוצר בהיבטים רבים, אלא גם ממחישים את סיכויי היישום הרחבים שלו.
|
|
|
נחושת כרומיט(נוסחה כימית CuCr2O4 או Cu2Cr2O5), כתחמוצת מתכת מסוג ספינל, ממלאת תפקיד שאין לו תחליף בתחום התעופה והחלל בשל המבנה הגבישי הייחודי שלו (יוני נחושת תופסים חללים טטרהדרליים, יוני כרום מופצים בחלל אוקטהדרלי) ופעילות תרמית, ויציבות כימית מצוינת. היישום שלו עובר דרך קישורי ליבה מרובים כמו מנועי רקטות, מערכות הנעת טילים, הגנה תרמית של חלליות, אחסון והמרה של אנרגיה, והפך לחומר מפתח לקידום פריצות דרך בטכנולוגיית התעופה והחלל.
1. תפקודי ליבה ומנגנוני פעולה
זהו אחד מזרזי קצב הבעירה החשובים ביותר בחומרי הנעה מוצקים מרוכבים. חלקיקי המתכת שלו הם בעלי שטח פנים ואנרגיית פני שטח ספציפיים גבוהים, אשר יכולים לשפר משמעותית את קצב הבעירה של חומרי ההנעה, תוך הפחתת מדד הלחץ (רגישות קצב הבעירה לשינויי לחץ), מה שמאפשר למנוע לשמור על בעירה יציבה בטווח לחצים רחב. מחקר הראה שלגודל החלקיקים יש השפעה משמעותית על הביצועים של חומרי הנעה:
הפחתת גודל החלקיקים יכולה להוריד את אנרגיית הפעלת הפירוק-בטמפרטורה הנמוכה, להגביר את קצב התגובה הגבוהה של הפירוק-בטמפרטורה, ובכך לשפר את קצב הבעירה בלחץ הגבוה- ולהפחית את אינדקס הלחץ. לדוגמה, כאשר גודל החלקיקים של אוקסוקופר יורד מרמת המיקרומטר לרמת הננומטר, ניתן להגדיל את קצב השריפה של חומר ההנעה ב-15% -20%, ולהפחית את מדד הלחץ בקטע הלחץ הגבוה ב-0.2-0.3.
2. אופטימיזציה של נוסחה והשפעות סינרגיות
כדי לשפר עוד יותר את הביצועים, הוא משמש לעתים קרובות בשילוב עם זרזי קצב בעירה אחרים כגון תחמוצות ברזל וננו-צינוריות פחמן. לדוגמה, בחומרי הנעה מרוכבים מסוג HTPB (Hydroxyl terminated polybutadiene), ערבוב אוקסוקופר עם פרוצין ביחס של 3:1 יכול להגביר את קצב השריפה ב-25% תוך שמירה על אינדקס לחץ מתחת ל-0.5. בנוסף, יש לשלוט בקפדנות על חלוקת גודל החלקיקים שלו: גודל חלקיקים קטן מדי עלול להוביל בקלות להצטברות ולהשפיע על הפיזור; אם גודל החלקיקים גדול מדי, היעילות הקטליטית תפחת. ניתן להכין אבקת אוקסוקופר בגודל חלקיקים אחיד על ידי ייבוש בהתזה, כרסום כדורים ותהליכים נוספים על מנת להבטיח פיזור אחיד שלה בחומר ההנעה.
3. מקרי יישום אופייניים
מנוע רקטי: במאיצים המוצקים של רקטות מסדרת Long March, הוא משמש כזרז קצב הבעירה העיקרי, המאפשר לקצב בעירת ההנעה להגיע ל-8-12 מ"מ/ש' (לחץ אטמוספרי), העומד בדרישות הדחף הגבוהות במהלך המראה הרקטות.
מערכת הנעת טילים: במנוע השלב השלישי של סוג מסוים של טיל בליסטי, בשילוב עם זרז מרוכב נתרן בורוהידריד, חומר ההנעה יכול לשמור על קצב שריפה של 6-8 מ"מ/שנייה בסביבת ואקום, מה שמבטיח שהטיל פוגע במדויק במטרה.
1. יציבות בטמפרטורה גבוהה ופעילות נוגדת חמצון
When spacecraft re-enter the atmosphere, the surface temperature can exceed 2000 ℃, and traditional materials are prone to failure due to oxidation. It can maintain structural stability even at high temperatures (>1500 מעלות ), ושכבת תחמוצת הכרום הצפופה (Cr ₂ O3) שנוצרת על פני השטח שלה יכולה למנוע ביעילות חדירת חמצן ולהאריך את חיי השירות של החומר. לדוגמה, במערכת ההגנה התרמית של קפסולת ההחזרה, הציפוי יכול להאריך את זמן עמידות הטמפרטורה של החומר מ-120 שניות ל-180 שניות, מה שמספק ערובה לנחיתה בטוחה של החללית.
2. עמידות בפני זעזועים תרמיים וביצועים נגד קילוף
When spacecraft rapidly pass through the atmosphere, the surface temperature changes sharply (Δ T>1000 מעלות/שניה), מה שעלול לגרום בקלות לקילוף ציפוי. על ידי אופטימיזציה של מבנה הגביש (כגון הפחתת גודל הגרגרים והגדלת צפיפות גבול הגרגרים), ניתן לשפר משמעותית את ביצועי ההלם התרמי. ניסויים הראו כי מטופלים במיוחדנחושת כרומיטציפוי שומר על הדבקה של מעל 95% לאחר 20 מחזורים תרמיים (2000 מעלות → טמפרטורת החדר), וזה הרבה יותר טוב מציפויי אלומינה מסורתיים (ההידבקות יורדת ל-70%).
3. תרחישי יישום אופייניים
אריח הגנה תרמית לקפסולת החזרה: בקפסולת ההחזרה של חלליות מסדרת Shenzhou, ציפוי אוקסוקופר מוחל על חלקים מרכזיים (כגון התחתית והקירות הצדדיים), בשילוב עם סיבי סיליקון קרביד-חומר מרוכב מטריצה קרמי מחוזק (C/SiC) ליצירת שיפוע תרמי שיפוע עם מבנה הגנה תרמית, המאפשר עמידה במבנה החזרה של חום. 50MW/m².
Hypersonic aircraft nose cone: At the nose cone of a certain type of hypersonic aircraft (speed>5 מאך), ציפוי סגסוגת מורכב מבוסס טונגסטן יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות של 2200 מעלות תוך שמירה על חספוס פני השטח Ra<0.8 μ m, reducing aerodynamic heating losses.
מערכת האנרגיה של חלליות: 'מרכז הליבה' לאחסון והמרת אנרגיה
1. חומרים אלקטרודות תאי דלק
בתאי דלק תחמוצת מוצק (SOFC), ניתן להשתמש בו כחומר קתודה, ומבנה הספינל שלו מספק שפע של מקומות פנויים בחמצן, ומקדם את הקינטיקה של תגובת הפחתת החמצן (ORR). מחקרים הראו שהתנגדות הקיטוב של קתודות מבוססות אוקסוקופר ב-800 מעלות היא רק 0.1 Ω· ס"מ ², וזה נמוך ב-67% מקתודות מסורתיות מבוססות קובלט (0.3 Ω· ס"מ ²), מה שמשפר באופן משמעותי את צפיפות הספק הסוללה (מ-0.5W/cm ² ל- ²8W/cm ²).
2. אגירה והמרה של אנרגיית מימן
יש לו יישומים מרובים בתחום אנרגיית המימן:
ייצור מימן פוטו-קטליטי: באמצעות תגובת פיצול מים פוטו-קטליטית (2H ₂ O → 2H ₂+O ₂), הזרז יכול להשיג יעילות המרת אנרגיית מימן סולרית של 4.2% תחת קרינת אור אולטרה סגול, שהיא גבוהה ב-133% מהזרז המסורתי TiO ₂ (1.8%).
רפורמת אלכוהול לייצור מימן: בתגובת חידוש הקיטור של מתנול (CH ∝ OH+H ₂ O → 3H ₂+CO ₂), זרזים הנתמכים באוקסוקופר (כגון CuCr ₂ O ₄/Al ₂ O ∝) יכולים להשיג קצב המרה של מתנול של 98% מעל 98% מימן. מקור מימן יציב לתאי דלק של חללית.
3. מקרי יישום אופייניים
מערכת אנרגיה בסיס ירח: בתוכנית הבסיס הירחי המוצעת של נאס"א, נעשה שימוש במכשיר פוטו-קטליטי מבוסס אוקסוקופר להפקת מימן מאור שמש משטח הירח, בשילוב עם תאי דלק כדי להשיג אספקת חשמל רציפה של 24 שעות ביממה. מערכת בודדת יכולה לייצר עד 10 ק"ג מימן ביום, העונה על הצרכים היומיומיים של שלושה אסטרונאוטים.
ספק כוח מרס רובר: ברובר Mars "התמדה", זרז אוקסוקופר הופעל על מערכת האנרגיה העזרית של מחולל התרמו-אלקטרי הרדיואקטיבי (RTG), המספק כוח גיבוי לרובר באמצעות רפורמות מתנול לייצור מימן, והאריך את חיי המשימה ל-14 שנים.
1. זרז לטיהור גזי פליטה
יש לטהר בזמן אמת את ה-CO ₂, עקבות אחר תרכובות אורגניות נדיפות (VOCs) המיוצרות על ידי נשימה של אסטרונאוטים, ו-NOx הנפלט מציוד בתא האטום של חלליות. זרזים יכולים לזרז ביעילות את החמצון של מזהמים אלה בטמפרטורות נמוכות (50-100 מעלות):
חמצון CO: תחת פעולתו של זרז מרוכב CuCr ₂ O ₄/CeO ₂, ניתן להמיר CO ₂ לחלוטין ל-CO ₂ ב-80 מעלות, עם קצב תגובה של 0.5מול/(g · h).
הסרת VOCs: עבור VOC טיפוסיים כגון פורמלדהיד ובנזן, שיעור המינרליזציה של זרז אוקסוקופר עולה על 99%, תוך הימנעות מזיהום משני.
2. חומרים לטיפול במים
במערכת מחזור המים של החללית, ניתן להשתמש בו כסופח להסרת יוני מתכות כבדות (כגון Hg ² ⁺, Pb ² ⁺) ומזהמים אורגניים. קבוצות Cr OH עם מטענים חיוביים על פני השטח שלהן יכולות ללכוד יוני מתכות כבדות באמצעות ספיחה וקומפלקס אלקטרוסטטי, עם יכולת ספיחה של 120mg/g (Hg ² ⁺), שהיא גבוהה ב-140% מפחמן פעיל (50mg/g).
3. תרחישי יישום אופייניים
מערכת תומכת חיים של תחנת החלל הבינלאומית: במערכת התחדשות חמצן של תחנת החלל הבינלאומית, מיטת הזרז יכולה לפעול ברציפות במשך יותר מ-5000 שעות, ולהפחית את ריכוז ה-CO₂ מ-10000ppm מתחת ל-100ppm תוך שחזור של 95% מהחמצן.
יחידת טיפול במים בבסיס הירח: בתוכנית בסיס הירח של נאס"א,נחושת כרומיטעמודות ספיחה מבוססות משמשות לטיפול בשתן ועיבוי אסטרונאוטים, ואיכות הקולחים עומדת בתקני נאס"א (סה"כ פחמן אורגני<0.1mg/L, no heavy metals detected).
תחזית עתידית: יישומים פורצי דרך בתחומים מתפתחים
1. ננו אוקסוקופר וטכנולוגיה קוונטית
על ידי שליטה בתנאי הסינתזה (כגון שיטה סולווותרמית, שיטת תבנית), נקודות קוונטיות אוקסוקופר עם גודל חלקיקים<10nm can be prepared. Its quantum confinement effect can significantly enhance catalytic activity and optical performance:
מחשוב קוונטי: נקודות קוונטיות יכולות לשמש כחומרים מועמדים לסיביות קוונטיות, עם משך חיים של ספין בטווח של אלפיות השנייה, ומספקות אפשרויות לבניית מחשבים קוונטיים-מוצקים.
שיפור פוטו-קטליטי: מקדם הספיגה של ננו אוקסוקופר באזור האור הנראה גבוה פי 5 מזה של חומרים בתפזורת, ויעילות ייצור המימן הפוטו-קטליטית יכולה להגיע ל-8%, ומתקרבת לסף המסחרי (10%).
3. תאימות ביולוגית ורפואה אווירית
מחקרים הראו שלחלקיקי אוקסוקופר שעברו שינוי פני השטח (כגון מצופים פוליאתילן גליקול) יש תאימות ביולוגית טובה והם יכולים לשמש כנשאי תרופות או חיישנים ביולוגיים:
ניטור בריאות אסטרונאוט: חיישנים מבוססי אוקסוקופר יכולים לזהות מטבוליטים כגון גלוקוז ולקטט בנוזלי גוף של אסטרונאוט בזמן אמת, עם רגישות של רמת pM.
הגנה מפני קרינה: חלקיקי ננו-אוקסוקופר יכולים לספוג חלקיקי אנרגיה גבוהה- בקרניים קוסמיות, להפחית את הנזק ל-DNA של האסטרונאוט ולהגדיל את יעילות ההגנה ב-30% בהשוואה למיגון עופרת מסורתי.
2. 3הדפסת D וייצור מותאם אישית
על ידי שילוב של טכנולוגיית הדפסה תלת מימדית כמו סינטר לייזר סלקטיבית (SLS), ניתן להכין ישירות רכיבים מבניים מורכבים מבוססי אוקסוקופר (כגון תאי בעירה ואריחי הגנה תרמית), ולהשיג "שילוב ייצור עיצובי". לדוגמה, לחומרים מרוכבים אוקסוקופר/פולימיד המודפסים על ידי SLS יש צפיפות נמוכה ב-40% מיציקות מסורתיות תוך שמירה על 90% תכונות מכניות.
זהו זרז חשוב שנמצא בשימוש נרחב בתעשייה הכימית.
1. שיטת משקעים כימיים-:
משקעים כימיים- הם שיטה נפוצה להכנת מוצר. שיטה זו דורשת משקעים-משולבים של Cu(NO3)2·6H2O ו-Cr(NO3)3·9H2O תחת פעולה משולבת של חומצה הידרוכלורית ומי אמוניה, ולאחר מכן צליית המוצר בכ-500 מעלות לקבלת טהורנחושת כרומיט. שיטת הסינתזה היא בעלת דיוק גבוה וקלה לשלוט בתנאי התגובה, ולכן היא נפוצה יחסית ביישומים מעשיים.
2. שיטת ג'ל-סול:
שיטת הסול-ג'ל היא שיטה לסינתזה של מוצר על ידי תגובת תמיסה. שיטה זו צריכה להוסיף CuSO4 ו-NH4CrO4 למים דה-יונים בהתאמה, ולאחר מכן השתמשו ב-NH4OH או NaOH כדי להתאים את ה-pH כדי לגרום לו לייצר תמיסה קולואידית. התמיסה הקולואידית תאדה ליובש ליצירת ג'ל, ולאחר מכן תעובד בטמפרטורת סידוד של כ-600 מעלות עד לקבלת מוצר טהור. בהשוואה לשיטות סינתטיות אחרות, לשיטה זו יש את היתרונות של שליטה מדויקת בגודל החלקיקים, מבנה הגביש וכו', ולכן נעשה בה שימוש נרחב ביישומים מעשיים.
במילה אחת, ניתן לסנתז אותו בשיטות שונות, כגון שיטת משקעים כימיים, שיטת סול-ג'ל, שיטת ריאקציית גז, שיטת סינתזה בסיוע-קולית ושיטת תבנית. לשיטות סינתטיות שונות מאפיינים ויתרונות משלהן, ולכן ניתן לבחור שיטה סינתטית מתאימה בהתאם לצרכים הספציפיים.
|
נוסחה כימית |
CrCuO3 |
|
מסה מדויקת |
163 |
|
משקל מולקולרי |
164 |
|
m/z |
163 (100.0%), 165 (44.6%), 164 (11.3%), 161 (5.2%), 166 (5.1%), 165 (2.8%), 163 (2.3%), 167 (1.3%) |
|
ניתוח אלמנטים |
Cr, 31.79; Cu, 38.86; O, 29.35 |
זוהי תחמוצת מתכת כפולה, ולמאפייני המבנה המולקולרי שלה יש משמעות רבה עבור הביצועים והיישום הקטליטיים שלה.
אוקסוקופר שייך לתחמוצת מתכת כפולה, המבנה המולקולרי שלו מורכב, ויש מבנים רבים. הנפוץ ביותר הוא CuCr2O4מבנה הגביש, פרמטרי הסריג שלו הם a=8.105Å, c=8.924Å, הוא שייך למערכת הגבישים הקוביים, וקבוצת החללים היא Fd-3m. ה-CuCr2O4מבנה הגביש מורכב מ- Cu2+ ו- Cr3+ יונים מסודרים לסירוגין, כל Cu2+קואורדינטות יון עם שש Cr3+יונים, וכל Cr3+קואורדינטות יון עם ארבעה Cu2+יונים ושני O2-יונים.
במבנה הגבישי CuCr2O4, אורך הקשר הממוצע של Cu2+יונים הוא 0.2077 ננומטר, אורך הקשר הממוצע של Cr3+יונים הוא 0.2130nm, ואורך הקשר הממוצע של O2-יונים הוא 0.1379 ננומטר. בשל ההבדל ברדיוס היוני ב-CuCr2O4במבנה הגבישי, ישנם איזומרים גיאומטריים מתואמים יותר, כגון שלב טריגונל, שלב טטראגונל, שלב אוקטהדרלי ושלב דודקהדרלי. איזומרים גיאומטריים תיאום שונים אלה עשויים להשפיע על המאפיינים והיישומים של המוצר.
המבנה המולקולרי שלו קשור קשר הדוק לתכונות הפיזיקליות שלו. זוהי אבקה שחורה בעלת יציבות תרמית גבוהה ועמידות כימית. הודות למבנה הגבישי המיוחד שלו, יש לו מוליכות חשמלית ומגנטיות טובה, והוא נמצא בשימוש נרחב בחלק מהרכיבים האלקטרוניים וחומרים מגנטיים. בנוסף, יש לו רגישות תרמית מסוימת, וניתן להתאים את מקדם ההתפשטות התרמית שלו על ידי שינוי מבנה הגביש שלו.
יש לו תכונות ספיחה מסוימות בשל המבנה המולקולרי המורכב שלו. מחקרים הראו שיש לו פעילות קטליטית וסלקטיביות טובה, והוא יכול לשמש באופן נרחב כזרז חשוב בתגובות כימיות שונות. הוא משמש לעתים קרובות בתגובות סינתזה אורגניות, כגון חמצון, הידרוקסילציה, הידרוגנציה ותגובות אחרות. האפקט הקטליטי שלו מתממש בעיקר על ידי המרכזים הפעילים שנוצרו על ידי Cu2+ו- Cr3+ יונים על פני שטח החמצן הפנוי. בנוסף, יש לו גם תכונות ספיחה מסוימות, שיכולות לספוג כמה חומרים מולקולריים קטנים, כמו גז ומים.
לסיכום, כתחמוצת מתכת כפולה,נחושת כרומיטלמבנה המולקולרי של המבנה יש משמעות רבה עבור הביצועים והיישום הקטליטיים שלו. המבנה הגבישי של cproduct מורכב, ישנם איזומרים גיאומטריים מתואמים מרובים, תכונותיו הפיזיקליות טובות, יש לו יציבות תרמית גבוהה ועמידות כימית, והפעילות הקטליטית והבררנות שלו בתגובות כימיות הן בעיקר דרך פני השטח מרכזים פעילים שנוצרו על ידי Cu2+ו- Cr3+יונים על מקומות פנויים חמצן מתממשים.
תגיות פופולריות: copper chromite cas 12053-18-8, ספקים, יצרנים, מפעל, סיטונאי, קנייה, מחיר, בתפזורת, למכירה