طريقة تحضير وتطبيق مسحوق البزموت

مسحوق البزموتعبارة عن مسحوق من معادن غير حديدية ، ومظهره رمادي فاتح. له مجموعة واسعة من الاستخدامات ويستخدم بشكل أساسي في تحضير منتجات البزموت وسبائك البزموت ومركبات البزموت. تحتل موارد البزموت في الصين المرتبة الأولى في العالم ، ويوجد أكثر من 70 منجم بزموت في الصين ، مما يجعل الصين رائدة في العالم في مجال البزموت. باعتباره "معدنًا أخضر" آمنًا ، لا يُستخدم البزموت حاليًا في صناعة المستحضرات الصيدلانية فحسب ، بل يستخدم أيضًا على نطاق واسع في أشباه الموصلات والموصلات الفائقة ومثبطات اللهب والأصباغ ومستحضرات التجميل وغيرها من المجالات. ومن المتوقع أن تحل محل العناصر السامة مثل الرصاص والأنتيمون والكادميوم والزئبق. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البزموت معدن له أقوى نفاذية مغناطيسية. تحت تأثير المجال المغناطيسي ، تزداد المقاومة وتقل الموصلية الحرارية. كما أن لديها آفاق تطبيق جيدة في الكهرباء الحرارية والموصلية الفائقة.

طرق الإنتاج التقليديةمسحوق البزموتتشمل طريقة رذاذ الماء وطريقة ترذيذ الغاز وطريقة طحن الكرة ؛ عندما يتم تجفيف طريقة رذاذ الماء وتجفيفها في الماء ، يتأكسد البزموت بسهولة بسبب مساحة السطح الكبيرة لمسحوق البزموت ؛ في ظل الظروف العادية ، من السهل أيضًا أن يتسبب التلامس بين البزموت والأكسجين في حدوث كمية كبيرة من الأكسدة ؛ كلتا الطريقتين تسبب العديد من الشوائب ، والشكل غير المنتظم لمسحوق البزموت ، وتوزيع الجسيمات غير المتكافئ. طريقة طحن الكرة هي: مطرقة سبائك البزموت بشكل مصطنع بالفولاذ المقاوم للصدأ على حبيبات البزموت التي يبلغ قطرها â10 مم ، أو إخماد البزموت بالماء. ثم تدخل جسيمات البزموت بيئة فراغ ، ويتم سحق المطحنة الكروية المبطنة بمطاط السيراميك. على الرغم من أن هذه الطريقة يتم طحنها بالكرات في فراغ ، مع أكسدة أقل وشوائب منخفضة ، إلا أنها تتطلب عمالة كثيفة ، وتستغرق وقتًا طويلاً ، ومنخفضة العائد ، وتكلفة عالية ، والجسيمات خشنة مثل 120 شبكة. تؤثر على جودة المنتج. توفر براءة الاختراع CN201010147094.7 طريقة إنتاج مسحوق البزموت متناهي الصغر ، والذي يتم إنتاجه بواسطة عملية كيميائية رطبة ، مع قدرة إنتاج كبيرة ، ووقت اتصال قصير بين عملية الإنتاج بأكملها والأكسجين ، ومعدل أكسدة منخفض ، وشوائب أقل ، ومحتوى أكسجين في مسحوق البزموت هو 0 <0.6 ، توزيع موحد للجسيمات ؛ حجم الجسيمات -300 شبكة.

المخطط الفني للاختراع الحالي هو كما يلي:

1) تحضير محلول كلوريد البزموت: احصل على محلول مخزون كلوريد البزموت بكثافة 1.35-1.4 جم / سم 3 ، أضف محلول مائي نقي محمض يحتوي على 4٪ -6٪ حمض الهيدروكلوريك ؛ نسبة حجم المحلول المائي النقي المحمض ومحلول مخزون كلوريد البزموت هي 1: 1-2 ؛

2) التركيب: أضف سبائك الزنك التي تم تنظيف سطحها إلى محلول كلوريد البزموت المحضر ؛ بدء تفاعل الإزاحة راقب نقطة نهاية التفاعل ، عند الوصول إلى نقطة نهاية التفاعل ، أخرج سبائك الزنك غير المذابة وترسب لمدة 2-4 ساعات ؛ أساس الملاحظة والحكم على نقطة نهاية التفاعل الموصوفة هو: هناك فقاعة تظهر في الحل الذي يشارك في التفاعل ؛

3) فصلمسحوق البزموت: استخراج المادة الطافية من المادة المترسبة في الخطوة 2) واستعادة الزنك بالطرق التقليدية ؛ يتم تقليب مسحوق البزموت المترسب المتبقي وغسله من 5 إلى 8 مرات بمحلول مائي نقي محمض يحتوي على 4٪ -6٪ حمض الهيدروكلوريك ، ثم يُغسل بمسحوق البزموت النقي بالماء إلى الحياد ؛ بعد تجفيف مسحوق البزموت بسرعة باستخدام جهاز طرد مركزي ، نقع مسحوق البزموت على الفور مع الإيثانول المطلق ، ثم جففه ؛

4) التجفيف: أرسل مسحوق البزموت المعالج في الخطوة 3) إلى مجفف تفريغ عند درجة حرارة 60 ± 1 درجة مئوية للتجفيف للحصول على مسحوق بزموت نهائي من -300 شبكة.

وفقًا لمسحوق البزموت الناتج عن العملية المذكورة أعلاه ، فإن ميزته هي أن نقاء المنتج الذي تم الحصول عليه يصل إلى 99٪ ؛ حجم الجسيمات متناهي الصغر ، حتى 300 شبكة ، ويتم قياس التركيب الكيميائي لمسحوق البزموت المحضر بواسطة الاختراع الحالي: Bi> 99 ، Fe <0.1 ، O <0.5 ، BiO <0.1 ، Cr <0.01 ، Cu < 0.01 ، Si <0.02 ، شوائب أخرى <0.18 ؛ في الوقت نفسه ، نظرًا لعملية استبدال سبيكة الزنك ، فإن التفاعل الكيميائي لا يتضمن سوى انحلال الزنك وترسيب البزموت ، وتجنب كمية كبيرة من المواد الكيميائية. مقارنة بالفن السابق ، تكون العملية الكاملة للاختراع الحالي على اتصال مع الهواء فقط لفترة قصيرة في التجفيف بالطرد المركزي ، والعمليات الأخرى تحتوي على سائل التفاعل أو الإيثانول المطلق ، أو عزل الفراغ والأكسجين ، وبالتالي يكون معدل الأكسدة منخفضًا .

تطبيق [2]

يمكن للتقنيات الحالية تحضير مواد نانوية بزموت منخفضة الأبعاد بأشكال مختلفة ، وأسلاك نانوية بزموث ، وأنابيب نانوية بزموث ، وما إلى ذلك ، ولكن لا توجد تقنية تحضير ذات صلة للبزموت ثنائي الأبعاد من مادة البزموت الرقيقة للغاية. قد يكون جزء من السبب هو صعوبة التحكم في سلائف البزموت أو ظروف التوليف الحراري المائي. تتكون العديد من المواد السداسية من مواد ثنائية الأبعاد مكدسة لتشكيل بنية بلورية عيانية ، والروابط الكيميائية في مستوى المواد ثنائية الأبعاد قوية جدًا ، وتفاعل فان دير فالس بين الطبقات ضعيف جدًا ، مما يجعل اثنين- تتغلب المواد ذات الأبعاد على الطبقة بطرق مختلفة. يتم الحصول على صفائح نانوية ثنائية الأبعاد عن طريق التقشير من المواد السائبة المقابلة لها بسبب قوة التفاعل الضعيفة بينهما. في هذه المرحلة ، وصلت تقنية استخدام السبائك ذات السعة المحددة ذات الحجم الكبير والدوران المستقر كأقطاب كهربائية سالبة إلى عنق الزجاجة. تمت دراسة تقشير الطور السائل من الجرافين والفوسفور الأسود. على الرغم من أن الفوسفورين له قدرة عالية ، إلا أنه من السهل جدًا أكسدة الفوسفورين في الهواء. يخاف من الأكسجين والماء.

توفر براءة الاختراع CN201710588276 طريقة تحضير للبزموثين ثنائي الأبعاد وبطارية ليثيوم أيون. يضاف مسحوق البزموت إلى مذيب التقشير ويهتز بالموجات فوق الصوتية لفترة محددة مسبقًا للحصول على مذيب مختلط ، ويتم إزالة مسحوق البزموت غير المقطوع في المذيب المختلط عن طريق الطرد المركزي للحصول على المادة الطافية ، وتم تحضير البزموثين ثنائي الأبعاد بواسطة تقشير الطور السائل. كانت عملية التحضير بسيطة ، وكان البزموثين المحضر ثنائي الأبعاد يتمتع بسعة محددة عالية الحجم واستقرار الدورة. لتحقيق الهدف أعلاه ، تتكون طريقة التحضير من الخطوات التالية:

(1) أضف مسحوق البزموت إلى مذيب التقشير واهتز بالموجات فوق الصوتية لوقت محدد مسبقًا. أثناء عملية الاهتزاز بالموجات فوق الصوتية ، يتم تقشير مسحوق البزموت جزئيًا إلى رقائق تحت تأثير مذيب التقشير ، وذلك للحصول على البزموثين المختلط مع الشكل غير المستقر. مذيب؛

(2) الطرد المركزي لإزالة مسحوق البزموت غير المقطوع في المذيب المختلط للحصول على مادة طافية تحافظ على البزموث الشبيه بالصفائح ؛

(3) تخضع المادة الطافية التي تم الحصول عليها لتجفيف الفراغ بالطرد المركزي للحصول على البزموثين ثنائي الأبعاد الشبيه بالصفائح.

بشكل عام ، مقارنة بالفن السابق من خلال الحلول التقنية المذكورة أعلاه التي تم تصورها بواسطة الاختراع الحالي ، فإن طريقة تحضير البزموثين ثنائي الأبعاد وبطارية أيون الليثيوم التي يوفرها الاختراع الحالي لها بشكل أساسي التأثيرات المفيدة التالية:

1. إضافة مسحوق البزموت إلى مذيب التقشير والاهتزاز فوق الصوتي لفترة محددة مسبقًا للحصول على مذيب مختلط ، والطرد المركزي لإزالة مسحوق البزموت غير المقطوع في المذيب المختلط للحصول على مادة طافية ، وإعداد البزموثين ثنائي الأبعاد عن طريق تجريد الطور السائل ، عملية التحضير بسيطة ، والبزموثين المحضر ثنائي الأبعاد له سعة محددة عالية الحجم واستقرار الدورة ؛

2. بطارية ليثيوم أيون تستخدم البزموثين ثنائي الأبعاد كمادة قطب كهربائي يتم شحنها وتفريغها بتيار ثابت بكثافة تيار 0.5 درجة مئوية (1883 مللي أمبير / سم 3 ، 190 مللي أمبير / جرام). بعد 150 دورة ، لا يزال يحتفظ بحوالي 90٪ من سعته الأولية. خصائص الدورة الجيدة ؛

3. سمك البزموثين ثنائي الأبعاد هو 3 نانومتر إلى 5 نانومتر. أثبتت التجارب أن السعة الحجمية للبزموثين ثنائي الأبعاد ليس لها تقريبًا أي توهين واضح في ظل الكثافات الحالية المختلفة ، ولها أداء معدل جيد.