В исследовании, недавно опубликованном в Журнале Европейского керамического общества, был представлен уникальный метод использования керамической пены, стабилизированной наночастицами, с бемитом в сочетании с диоксидом кремния в качестве двухфазного золя для производства муллитовой керамической пены. .

Исследование: пеноматериалы из двухфазной пены, стабилизированные наночастицами золя, с регулируемыми порами. Изображение предоставлено: socrates471 / Shutterstock.com

Наночастицы (НЧ) помогают увеличить удельную поверхность керамической пены. Получаемые пенопласты из муллитовой керамики имеют иерархические поры, лучшую прочность на сжатие и высокий уровень открытой пористости.

Введение в муллитовую керамику

Муллит (3Al ₂ O ₃ .2SiO ₂ ), как стабильное соединение, часто использовался в качестве огнеупора и конструкционного материала для высоких -температурных применений из-за его превосходных свойств, таких как высокая температура плавления, низкая скорость ползучести, минимальная теплопроводность и высокая устойчивость к тепловым ударам.

Благодаря своей небольшой диэлектрической проницаемости муллит также является хорошей подложкой для электронных схем. С другой стороны, его обычная компактная структура препятствует развитию определенных характеристик и ограничивает его потенциальные области применения.

Добавление высокой пористости к муллитовой керамике может придать ей неожиданные свойства, включая небольшую объемную плотность, высокую удельную площадь, пониженную теплопроводность и пониженную диэлектрическую проницаемость. Аэрогели из нановолокон муллита лучше подходят для изготовления легких изоляционных материалов.

Благодаря открытой пористой структуре муллита пенокерамика широко использовалась в качестве высокотемпературных газовых и жидкостных экранов, разделительных пленок и подложек для катализаторов.

Пористая муллитовая керамика была изготовлена ​​с использованием различных методов, таких как реактивное спекание, литье замораживанием, пены или эмульсии, добавление реплик метода порообразователя, литье из геля и 3D-печать.

К сожалению, практически любые продукты, изготовленные с использованием этих процессов, имеют пористость более 80%. Крайне важно разработать успешный процесс производства пенопласта из муллитовой керамики с высокой пористостью без ущерба для прочности на сжатие, но он остается трудным.

Использование наночастиц для улучшения керамических пен

В последнее время пены, стабилизированные наночастицами, производятся с использованием золь-НЧ. В отличие от традиционно используемых микромасштабных керамических частиц, золь-НЧ гораздо более полезны для стабильности пены, создания пористой керамики с тонкими слоями стенок и небольшими размерами зерен, что обеспечивает большую прочность на сжатие на основе высокой пористости.

Кроме того, удельная площадь керамической пены также увеличивается, что может быть связано с улучшенной реакционной способностью фриттажа и частичной фриттацией.

В результате частичного фриттажа использование НЧ приведет к образованию открытых пор на клеточной мембране. Взаимосвязь открытых пор увеличит доступную площадь поверхности и пористость, что сделает его пригодным для использования в качестве фильтров, каталитических подложек и биологических каркасов. Эти характеристики можно регулировать путем регулирования концентраций модификаторов поверхности, которые могут изменять энергию электростатического взаимодействия между пузырьками воздуха и коллоидными частицами и, как следствие, изменять характеристики пен.

К настоящему времени однофазный золь уже эффективно использовался для создания пен, стабилизированных наночастицами, включая оксид алюминия и диоксид кремния. Однако свойства производимых пористых муллитовых керамических пен не удовлетворяют ожиданиям в отношении высокопористой структуры, однородности и уменьшенного диаметра пор.

Двухфазные золь-НЧ в качестве строительных блоков для пен, стабилизированных наночастицами, могут быть многообещающими для решения этой проблемы, что приводит к оптимальной микроструктуре пористости в сочетании с механическими качествами после реакционной фритты.

Тем не менее, из-за несоответствия между состояниями поверхности частиц получение стабильной пены через двухфазный золь сложнее, чем однофазный золь.

Подробности исследования

В исследовании предлагается простой, понятный и недорогой метод производства муллитовых керамических пен с использованием пен, поддерживаемых двухфазными наночастицами золя.

НЧ золя были модифицированы, чтобы сделать их поверхность гидрофобной. Изменяя температуру фриттажа и нагрузку твердого тела, исследователи создали пенопласт из муллитовой керамики с иерархическими порами, повышенной пористостью, значительной прочностью на сжатие и пониженной теплопроводностью.

Использование золя НЧ с постоянным поверхностным зарядом и уровнями pH является предпочтительным, чтобы гарантировать гомогенное смешивание двухфазного золя без агрегации. В результате исходными ингредиентами были золь бемита с начальным уровнем pH 6,2 и золь кремнезема, имеющий сопоставимый pH 4,3.

pH был увеличен до диапазона 5,0-6,0, что улучшило стабильность пены и способствовало созданию гелевых сеток, что привело к оптимальным реологическим свойствам.

Заключение

Впервые золь бемита и золь кремнезема были использованы в качестве двухфазного золя для создания пен, стабилизированных наночастицами, и были созданы пенопласты из муллитовой керамики с иерархической пористостью.

Для повышения стабильности пены в процедуре вспенивания был изменен pH, чтобы способствовать гелеобразованию двухфазной пены, стабилизированной золем NP.

Было обнаружено, что муллитовая керамика обладает повышенной прочностью на сжатие при низкой теплопроводности, что делает ее пригодной для использования в качестве фильтров, каталитических подложек и теплоизоляции.

Читать далее: Почему важно понимание реологии наножидкостей?

Ссылка

Ян Дж., З. Х. (2021) Пенопласты из муллитовой керамики с регулируемыми порами из двухфазных пен, стабилизированных наночастицами золя. Журнал Европейского керамического общества . Доступно по адресу: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095522192100902X? Через% 3Dihub

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.