研究陶瓷前驱体热稳定性的实验方法之一:结构分析技术。①X 射线衍射(XRD):在不同温度下对陶瓷前驱体进行 XRD 分析,观察其物相组成和晶体结构的变化。如果在高温下前驱体的物相发生明显变化,如出现新的相或原有相的峰位、峰强发生改变,说明其热稳定性受到影响。通过对比不同温度下的 XRD 图谱,可以了解前驱体的热分解过程和产物的结晶情况。②透射电子显微镜(TEM):可以观察陶瓷前驱体在纳米尺度下的微观结构,如晶粒尺寸、形貌、晶格结构等。在高温处理前后,通过 TEM 观察前驱体的微观结构变化,判断其热稳定性。例如,若高温处理后晶粒长大、晶格畸变或出现新的相界面,表明前驱体的热稳定性不佳。热压烧结是将陶瓷前驱体转化为致密陶瓷材料的常用工艺之一。浙江陶瓷涂料陶瓷前驱体应用领域
陶瓷前驱体在能源领域的具体应用案例:一、太阳能电池领域:在钙钛矿太阳能电池中,陶瓷前驱体可以用于制备钙钛矿材料。通过溶液法或气相沉积法,将含有铅、碘、甲胺等元素的陶瓷前驱体转化为具有优异光电性能的钙钛矿薄膜。这种钙钛矿薄膜具有高吸收系数、长载流子扩散长度和合适的禁带宽度,能够有效提高太阳能电池的光电转换效率。二、催化领域:浙江大学机械 306 实验室钱森煜硕士生基于墨水直写式打印,研制了一款具有聚甲基丙烯酸甲酯微球的陶瓷前驱体打印墨水,通过打印和烧结,制备了具有二级孔隙的多孔 SiC 陶瓷,并将其运用于甲醇重整制氢载体,以提高微反应器的氢气产量。在 280°C 的温度和 30000ml?g-1?h-1 的空速下,其甲醇转化率和产氢量分别可达 90.95% 和 44.96ml/min。湖北陶瓷涂料陶瓷前驱体性能利用放电等离子烧结技术可以制备出具有纳米晶结构的陶瓷材料,其陶瓷前驱体的选择至关重要。
陶瓷前驱体在航天领域具有广阔的应用前景,主要体现在应用领域拓展:①热防护系统:陶瓷前驱体制备的陶瓷基复合材料可用于航天器的热防护系统,如航天飞机的机翼前缘、鼻锥等部位。这些材料能够承受高温气流的冲刷和热辐射,保护航天器内部的结构和设备免受高温破坏。②航空发动机:陶瓷前驱体可用于制备航空发动机的热障涂层、涡轮叶片等部件。热障涂层能够有效降低发动机部件的工作温度,提高发动机的效率和可靠性;涡轮叶片采用陶瓷基复合材料制造,可以在高温下保持良好的力学性能,提高发动机的推力和燃油经济性。③卫星部件:陶瓷前驱体可用于制造卫星的天线、太阳能电池板支撑结构等部件。陶瓷材料具有优异的电绝缘性能、热稳定性和抗辐射性能,能够保证卫星在复杂的空间环境下长期稳定工作。
如制备硅硼碳氮(SiBCN)陶瓷前驱体,将含硅、硼、碳、氮的有机化合物(如硅烷、硼烷、含氮有机物等)与无机化合物(如硼酸、硅粉等)混合,在一定的温度和气氛条件下进行反应。例如,将二甲氧基甲基乙烯基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、甲氧基三甲基硅烷等硅氧烷单体与甲基硼酸溶解于 1,4 - 二氧六环中,搅拌反应,旋蒸去除溶剂,得到中间产物。再将中间产物与三乙胺混合,在冰浴环境下滴加甲基丙烯酰氯,进行冰浴反应,经过滤、旋蒸去除沉淀和溶剂,得到液态 SiBCN 陶瓷前驱体。了解陶瓷前驱体的特性和制备工艺,对于从事材料科学研究和生产的人员来说至关重要。
陶瓷前驱体燃料电池领域的应用案例如下:①陶瓷质子膜燃料电池:清华大学助理教授董岩皓与合作者提出界面反应烧结概念,设计开发了可控表面酸处理和共烧技术,让氧气电极层和电解质层之间实现活性键合,改善了陶瓷质子膜燃料电池的电化学性能和稳定性。该器件在低至 350 摄氏度时仍具有鲜明的性能,在 600 摄氏度、450 摄氏度和 350 摄氏度的条件下,分别实现每平方厘米 1.6 瓦、每平方厘米 650 毫瓦和每平方厘米 300 毫瓦的峰值功率密度。②固体氧化物燃料电池:采用金属醇盐、金属酸盐或金属卤化物等作为陶瓷前驱体,通过溶胶 - 凝胶法、水热法等制备技术,可以合成具有特定微观结构和性能的陶瓷电解质和电极材料。例如,以钇稳定的氧化锆(YSZ)陶瓷前驱体制备的电解质,具有良好的氧离子导电性,能够在高温下实现高效的氧离子传导,提高燃料电池的性能。③锂离子电池领域-正极材料:董岩皓与合作者提出渗镧均匀包覆和陶瓷粉体行星式离心解团等多项创新技术,阐述了应力腐蚀断裂主导的衰减机理,并修正传统理论框架下的脆性机械断裂认知。他们以锂离子电池中常用的正极材料氧化锂钴为例,展示了有效的表面钝化、抑制表面退化,以及改善的电化学性能,证明其高电压稳定循环较大可达到 4.8 伏阻抗谱分析可以研究陶瓷前驱体的电学性能和导电机制。湖北陶瓷涂料陶瓷前驱体性能
微波烧结技术能够快速加热陶瓷前驱体,缩短烧结时间,提高生产效率。浙江陶瓷涂料陶瓷前驱体应用领域
陶瓷前驱体是制备陶瓷电容器介质材料的重要原料。通过选择不同的陶瓷前驱体和制备工艺,可以调控陶瓷材料的介电常数、损耗因子等性能,以满足不同应用场景下对电容器的要求。例如,钛酸钡(BaTiO?)陶瓷前驱体是一种常用的高介电常数材料,可用于制备大容量的陶瓷电容器。MLCC 是一种广泛应用于电子设备中的小型化电容器,其制造过程中需要使用陶瓷前驱体。将陶瓷前驱体浆料印刷或涂覆在电极材料上,然后经过叠层、烧结等工艺,形成多层结构的陶瓷电容器,具有体积小、容量大、高频特性好等优点。浙江陶瓷涂料陶瓷前驱体应用领域