三氧化鎢納米線CO氣敏感測器的製備

一氧化碳氣敏感測器碳燃料不完全燃燒和在高溫下發生裂解反應、氧化反應等的產物CO已然成為空氣污染的主要來源之一,極大的威脅著生命健康和環境保護。人體對CO的最大容許極限值是10-4,而在歐洲則規定環境中的CO不得超過10-5。為此,對CO的檢測和控制刻不容緩,三氧化鎢基氣敏感測器因具有結構簡單、成本低廉、靈敏度高等優點,而被認為是NOx、O2和NH3等最具有發展前景的新型氧化物氣敏感測器之一。文章給出一種三氧化鎢納米線CO氣敏感測器的製備方法,如下:
 
1. 將稱量好的分析純二水合鎢酸鈉(Na2WO4.2H2O)溶於適量的去離子水中,冰水浴磁力攪拌0.5~1小時;
2. 將3mol/L的鹽酸緩慢滴加至鎢酸鈉溶液中,直至反應完全,產生淡黃色膠束狀的鎢酸沉澱,繼續攪拌1小時後離心分離20分鐘;
3. 加入適量去離子水和化學純的硫酸鉀(K2SO4),用玻璃棒攪拌均勻後轉入容積為50毫升的反應釜中,使反應釜中的填充體積為80%;
4. 密封,並置於180~270°C的烘箱中水熱反應6~72小時,待反應結束,取出反應釜自然冷卻至室溫,將所得產物用去離子水和無水乙醇反復洗滌、過濾,再乾燥後制得三氧化鎢納米線;
5. 按照一定比例稱量混合敏感材料三氧化鎢納米線、溶劑松油醇和無水乙醇、粘接劑乙基纖維素,和適量低溫玻璃料以增強漿料與基板的附著力,磁力攪拌2小時。超聲波處理1.5小時,再充分磁力攪拌得到敏感料漿;
6. 採用絲網印刷法將敏感料漿印刷在被有叉指銀電極的氧化鋁基板上,在空氣中經250°C~450°C保溫熱處理1小時,制得WO3納米線CO氣敏感測器。
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二維二硫化鎢/一水合三氧化鎢橫向異質結的製備

二維材料異質結是構建納米電子學和光電子學“大廈”的基石,成為現代半導體工業的基本元素,其在高速的電子裝置和光電設備中扮演著重要角色。二維層狀材料,包括石墨烯、過渡金屬(鎢、鉬等)二硫化物在內,由於其獨特的電學、光學等性質可以充當異質結構的組成單元。橫向異質結是兩種材料通過共價鍵相連形成的,由於其構築方法簡單,在應用於帶隙工程方面有更大的潛力。隨著納米科學和技術的出現,等離激元納米結構迅猛發展,有科學家已經通過簡單的H-溢出方法製備了氫摻雜MoO3和WO3,即含氫青銅(氫鉬青銅與氫鎢青銅),表現出在可見光區域的強局部表面等離激元共振。這一研究結果提供了在氫摻雜的金屬氧化物半導體上實現等離激元共振的直接證據,並可能允許低價和地球豐富元素的大規模應用。

石墨烯-WO3橫向異質結的離域化效果圖
 
文章提供一種二維二硫化鎢/一水合三氧化鎢橫向異質結的製備方法,其具體步驟如下:
1.將50-100品質份的二硫化鎢分散於5-10體積份的水或乙醇中,形成分散液,其中乙醇可以是任意體積濃度;
2.將分散液置於超臨界二氧化碳反應裝置中,在40-45°C、6-20MPa下攪拌反應0.5~7h,反應結束,降至常壓,並將未經剝離的二硫化鎢除去;
3.空氣中氧化後除去溶劑(其中氧化前溶液呈墨綠色,氧化後呈淺黃色或亮黃色),即得二維二硫化鎢/一水合三氧化鎢橫向異質結。 
 
超臨界二氧化碳的高擴散性和低表面張力等特性使其可以作為滲透劑和膨脹劑打開二硫化鎢層間的縫隙,攪拌最終使得片層分離,離心後上層液中的單層二硫化鎢在空氣中被氧化成一水合三氧化鎢,而最終形成二維二硫化鎢/一水合三氧化鎢橫向異質結。這種異質結構使得電子-空穴對分離,在光催化降解有機化合物和光催化制氫等領域有很好的發展前景。
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水煤漿用硬質合金噴嘴

水煤漿是70年代興起的新型煤基液體燃料,主要由65%的煤、34%的水以及1%的化學添加劑組成。相比於其他類型的燃料,其具有許多優點,如含硫量較低、燃燒效率高、SO2及NOX等污染物排放量都低於普通燃油和燃煤,被廣泛運用於電站鍋爐、工業鍋爐和工業窯爐代油、代氣、代煤燃燒,是當今潔淨煤技術的重要組成部分。而硬質合金噴嘴在水煤漿燃燒器中有著廣泛的運用,其通過良好的燃料霧化使得水煤漿燃料得到更為充分而有效的燃燒。根據燃料的性質以及對於霧化品質的要求不同,硬質合金噴嘴還可分為氣力式、機械式、旋杯式以及超聲波式。其結構的合理性決定了水煤漿的霧化效果,其材料的抗磨、抗熱衝擊性能則決定噴嘴的使用壽命,並直接影響水煤漿應用的經濟性和安全性。

水煤漿噴嘴工作時主要承受的是水煤漿的低角度沖蝕,磨損機理主要為塑性變形和微觀切削。而硬質合金水煤漿噴嘴的磨損主要有晶粒脫落、脆性斷裂和研磨損傷,並且硬質合金中的Co含量越高,其沖蝕磨損率越大,所以應該選用Co含量少或者沒用高硬度粘結相合金或者直接粉末冶金鑄造。。相比于其他金屬材料製備的水煤漿噴嘴,硬質合金材料噴嘴有更好的耐磨耐蝕性且使用壽命較長(通常在1000h以上)。但是,硬質合金本身脆性較大,其硬度較大、韌性以及抗熱衝擊性能低於其他金屬材料,不易於加工,不適合製作形狀結構複雜的噴嘴。目前,較為常見且性能較為優良的硬質合金水煤漿噴嘴主要有美國、加拿大等國的Y型噴嘴以及我國的撞擊式多級水煤漿霧化噴嘴,其通過在最容易發生磨損的部位鑲嵌上硬質合金以改善其耐磨耐蝕性能。

水煤漿用硬質合金噴嘴

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加速器電子槍燈絲接地故障

電子槍燈絲機器在運行狀態中,在控制台監測面板上測得加速管電子槍燈絲電壓正常。機器在治療狀態時,從示波器上觀察磁控管電流MAG CU正常,在控制台監測面板上測得加速管電子槍電壓比常值要高。從中可以看出,故障可能出現在加速管或燈絲元件上。打開機架外殼,對加速管燈絲元件及燈絲電壓進行檢查。發現一個燈絲引線與燈絲元件脫焊,有可能是虛焊導致的。將其焊好後,機器還是無法出束,而且故障現象還是照樣。再對燈絲元件進行檢查,發現燈絲引線又發生脫焊。將引線再次焊好,在開關開的狀態下進行觀察。4分鐘後,引線再次脫焊。再次焊好後,測量燈絲兩端的電壓只有2.7V,而電阻R1,R2上的電壓分別為5.5V,但是正常情況下應該只有2.4V。由此看出,故障時燈絲元件R1,R2上的電壓是正常電壓值的2倍多。而電流與電壓是正比關係,所以燈絲的電流也就比正常的多出2倍。

又是什麼造成燈絲電流過大呢?首先查看燈絲(包括引線)接地。先測量引線對地電阻,檢測到只有2.5 kΩ,正常狀態應該是無窮大。這表明槍燈絲對地絕緣不好。其原因除了加速管電子槍燈絲對管殼絕緣不好外,還有可能引線擊穿老化造成。為了進一步檢查,取下加速管電子槍上方的貧軸塊和鉛遮罩,露出引線端子,檢查引線完好無損,那麼燈絲接地故障的原因可判定為電子槍內部出現問題。

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西門子加速器電子槍燈絲電壓優化

一般在新的加速管出廠前,電子槍燈絲的電壓已完成校準、調試和安裝,但是在長時間的運行下,電子槍會由於老化導致發射本能不斷減弱,會導致加速器計量率的漂移和下降,這種情況下就需要對燈絲進行電壓優化,這對保證穩定準確的劑量輸出具有很重要的作用。

如果電壓值過低,注入加速波導管的電子數目過少,導致INJI不穩定,電壓值過高,影響電子槍的工作壽命,所以在設置電壓時必須找到滿足電流脈衝INJI穩定時的電壓最小值。

1.準備6MV X線,進入維修模式,遮罩劑量相關連鎖;
2.連接示波器來監測INJI的波形,然後設置INJI值到100mA;
3.關閉RF dirver,關閉K1-CB1和RF modulator;
4.將機架旋轉到270℃;
5.確保注入器電壓處於關閉狀態,然後關閉高壓啟動開關;
6.把萬用表連接到X12和X13,旋轉R11去降低燈絲電壓到4.0V,如果電壓不能降低到4.0V,設置R11到最低的電壓;
7.斷開DMM;
8.打開高壓啟動;
9.開始出束;
10.關閉射線,直到注入器能安全接觸。將萬用表與X12和X13連接。順時針轉動R11,每次增加0.1V,然後斷開萬用表準備出束,此時記下INJI電流和電子槍燈絲電壓。一直重複此操作直到INJI總數不變。

為了確保電子槍能更穩定地工作,製作肖特基圖能確定提供加速管陰極穩定工作的電子槍燈絲的最低電壓,這樣能帶來最理想的陰極使用壽命。

加速器和電子槍燈絲

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水熱法製備三氧化鎢納米線

三氧化鎢納米片、納米線、納米顆粒近年來,對於各種低維納米結構的三氧化鎢的研究不斷進行,如一維的納米線與納米管、二維的納米片等。由於它們具有較高的比表面積,以及某一特定方向的尺寸與Debye長度相比擬,這些低維的納米結構氧化鎢與微米結構或薄膜結構材料相比,具有更佳的性能,特別是在提升氣敏感測器的氣體敏感性、縮短回應時間、降低反應溫度等,和提高光學特性,如具有熱致變色、光致變色、電致變色、氣致變色等特性,展現出巨大的優勢。
 
水熱法是製備納米晶材料的一種常用方法,它的顯著優點是所需要的實驗設備簡單、成本低廉,一般不需要高溫熱處理就能得到結晶產物,並且可以實現批量生產。另外,水熱合成的密閉條件有利於進行那些對人體健康有害的有毒反應體系,減少環境污染。文章介紹一種利用水熱法製備三氧化鎢納米線的方法,其步驟如下:
1. 將適量鎢酸鈉溶於一定量的去離子水中,配製成重量比為1. 5〜8. 0%的鎢酸鈉溶液,在冰水浴中磁力攪拌1小時,形成無色透明的鎢酸鈉溶液;
2. 將適量3M/L的鹽酸緩慢滴加到所制得的鎢酸鈉溶液中並不斷攪拌1.5小時,形成淡黃色膠束溶液,將該膠束溶液以4000轉/分鐘的速度離心分離20分鐘;
3. 將離心分離後的產物均勻分散到適量11.5M/L的硫酸鉀溶液中形成混合溶液,並取80毫升該混合溶液轉入100毫升反應釜中,在180〜270°C下進行水熱反應12〜120小時;
4. 將水熱產物用去離子水和無水酒精反復洗滌,而後在70°C的空氣中乾燥12 小時,獲得具有高比表面積且能在450°C以下保持穩定的六方相三氧化鎢納米線。
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WO3基NH3氣敏感測器

NH3氣敏感測器氨氣(NH3)是一種無色的氣體,有強烈的刺激性氣味,易被液化成無色的液氨,液氨可以用作製冷劑。氨氣是一種重要的化工氣體,用於制液氮、氨水、硝酸、銨鹽和胺類等;具有強烈的還原性,可以用作脫硝催化反應中的還原劑;另外,它在催化劑存在的情況下可被氧化成一氧化氮。氨氣可以由氮和氫直接合成而制得,能灼傷皮膚、眼睛、呼吸器官的粘膜,人吸入過多,能引起肺腫脹,以至死亡。
 
氨氣的強烈刺激性氣味是可靠的有害濃度報警信號,但由於嗅覺疲勞,在該工作環境中長期接觸的人員對低濃度的氨會難以察覺,而無法意識到自己身陷險境。所以,採用一些特殊的措施來解決這一難題是很有必要的。NH3氣敏感測器是一種用於檢測空氣中氨氣濃度的裝置,WO3是一種具有良好發展前景的氣敏材料,可以用於檢測氨氣、硫化氫、二氧化氮等有毒有害氣體。
 
1992年,自Maekawa等研究了Au摻雜WO3敏感膜對空氣中的氨氣的敏感特性之後,幾年內,人們對WO3基NH3氣敏感測器的研究一直處於低迷狀態,直到2000年之後,對其研究才又開始活躍起來。對WO3基NH3氣敏感測器的一些研究成果如下:
1. 採用電紡絲法製備WO3納米纖維,並研究這種納米纖維在350°C的溫度下對50~500ppm的氨氣的回應特性,得出其對氨氣回應速度快(<20秒)的結論;
2. 在WO3厚膜的表面覆蓋一層鉑催化的Si-Nb層,不僅能加快對NH3的回應,而且其回應時間也得到了縮短;
3. 採用Au和三氧化鉬為添加劑,製備WO3基氨敏感測器,實驗表明,這種傳感器具有很好的耐高溫性和靈敏度,甚至可以在400°C的溫度下操作,而對氨氣的檢測極限可達1ppm;
4. 採用浸漬塗覆法在Si基板上製備三氧化鎢敏感膜,這種敏感膜在250~350°C範圍內對氨敏感;在300°C時敏感度達到最高,且回應時間為15秒,並且對乙醇、甲烷、丙酮和水蒸汽具有選擇性。
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硬質合金直流噴嘴與扇形噴嘴

硬質合金直流噴嘴也被稱為硬質合金柱形噴嘴,其是最為常見的一種噴嘴類型。其是在充分吸收傳統噴嘴、噴槍的優點上,進行內部結構改造而研製成功的一種新型噴嘴。它不但能夠噴射出充實的柱式射流,還能夠形成傘形覆蓋水流,在消防用具上扮演著重要角色。另外,在泥廠篦冷機冷卻系統中也經常使用這一類型的噴嘴。直流噴嘴科學的結構優化設計、精密的加工工藝使得需霧化壓力低,效果更好,也更加節能。在0.3MPa就能霧化,霧滴直徑為60-80微米,確保了霧滴在最短的時間充分蒸發,避免了掛壁現象的發生。為了方便噴嘴清理,新型的直流噴嘴在內部結構上也進行了改進,改變了傳統壓力式噴嘴容易堵塞且維護費用較高的情況,給現場的操作使用和維護到來了極大的方便。

而硬質合金扇形噴嘴所形成噴霧形狀呈扇形,是經過精細加工的導流平面使得噴霧形成均勻且具有高衝擊力的扇形。其具有較大的噴霧通道且較為通暢,在很大程度上減少了堵塞的現象。由於重力因素,會產生“邊緣效應”, 即噴霧的扇形剖面產生逐漸變細的邊緣噴霧顆粒細小均勻,噴霧顆粒大小中等在多個噴嘴進行佈置時,需要有25%~30%的重疊部分,以使整個方向上的排布均勻。此外,採用多種角度的扇形噴霧噴霧水流均勻,液滴大小中等採用單元組合式連接方式,為了方便安裝和更換可加裝過濾網,易於清洗。其被廣泛運用於化學污垢的清理,如金屬加工、油漬污漬、噴霧塗層、清洗冷卻等。

硬質合金直流噴嘴與扇形噴嘴

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硬質合金噴嘴與陶瓷噴嘴對比

早期的噴嘴材料主要以鑄鐵為主,但是其硬度較低、耐磨耐蝕性較差,使用壽命也相對較短。除了鑄鐵外,淬火鋼和不銹鋼也是兩種較為常見的金屬噴嘴材料,它們的製造工藝相對簡單、成本相對低廉,一般適合於一些簡單的清洗、除髒作業,而不適合於大型作業。直到上世紀30年代末期,隨著磨料噴射技術以及材料科學技術的快速發展,以硬質合金製作內襯的噴嘴才被研發出來。

相比於鑄鐵噴嘴,硬質合金噴嘴的製造工藝要更為複雜,成本也相對較高,但是其在硬度、強度、耐磨耐蝕性以及使用壽命上都有著很大的提升。尤其是在沖蝕磨損率方面,硬質合金有更好的抗沖蝕性能。但是硬質合金硬度高、韌性低且脆性較大、不易於加工,因而不適合於複雜結構噴嘴的製造。在實際應用中,通常把硬度合金製成環狀或塊狀鑲嵌在噴嘴某些磨損嚴重的部位上,從而改善易發生磨損的部位的耐磨耐蝕性。隨著高性能陶瓷材料的出現,噴嘴性能又得到了進一步的改善。高性能陶瓷材料相比於硬質合金材料有更好的耐熱性以及斷裂韌性,在許多工程領域已經獲得了廣泛的應用,如切削工具、軸承零件、發動機元件以及冶金、煤礦、化工等行業的耐磨和耐腐蝕零件。在耐沖蝕性能以及使用壽命上,陶瓷噴嘴也遠優於普通金屬及硬質合金噴嘴。尤其是在使用石英砂、爐渣及金屬磨料時,陶瓷噴嘴的抗磨能力可比硬質合金高數倍,但其屬於典型的脆性材料,衝擊下容易產生裂紋致使材料剝落,因此不適合在強衝擊場合下使用。

硬質合金噴嘴

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鎢電極材料對電弧性能的影響

鎢電極

電弧性能是指電弧的引燃性能、電弧的穩定性、電弧壓力與溫度的分佈特性和電弧的壓縮性與方向性等,即電弧的靜、動特性。在焊接過程中,鎢電極本身的物理化學性能、機械力學性能、化學成分及組織結構都會對電弧性能產生一定的影響,因此瞭解電極材料對電弧性能的影響,對提高電極焊接性能具有一定的意義。

化學成分的影響
摻雜不同類型、含量的稀土氧化物,鎢電極的電弧性能也不同。一般來說三元稀土鎢電極的電弧性能優於二元鎢電極,優於單元鎢電極。另外,稀土氧化物的分佈及其高溫特性也會對電極的引弧性能和穩定性產生一定的影響。分佈均勻、蒸發速率較慢的電極具有較好的引弧性能。

組織結構的影響
鎢電極組織結構的完整性和均勻性對電弧性有直接的影響。電極內部如果存在劈裂、分層、微裂紋、空洞、夾雜或者嚴重的晶粒結構不均勻,則會影響電弧性能,在引弧的過程中會發生斷弧、爆弧或漂移等,還會引起導熱、導電能力的下降,從而使電極局部產生過熱、熔融、變形,降低電極的性能。

物理、機械性能的影響
具有高熔點、高沸點、低蒸氣壓、良好的導熱和導電性、高溫強度、抗蠕變性和高再結晶溫度的鎢電極具有較好的電弧性能。

幾何形狀的影響
鎢電極可以根據不同用途製成不同的形狀。電極的形狀,尤其是端部的形狀及角度對電弧的特性有明顯的影響。平端部需要較高的引燃電壓、電流,而尖端部需要的引燃電壓、電流較低。電極的端部角度小雖然有利於引弧,但是抗變形能力較差,因此電極端部角度的確定應根據具體焊接情況確定適當的角度。

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