水热法制备三氧化钨纳米线

三氧化钨纳米片、纳米线、纳米颗粒近年来,对于各种低维纳米结构的三氧化钨的研究不断进行,如一维的纳米线与纳米管、二维的纳米片等。由于它们具有较高的比表面积,以及某一特定方向的尺寸与Debye长度相比拟,这些低维的纳米结构氧化钨与微米结构或薄膜结构材料相比,具有更佳的性能,特别是在提升气敏传感器的气体敏感性、缩短响应时间、降低反应温度等,和提高光学特性,如具有热致变色、光致变色、电致变色、气致变色等特性,展现出巨大的优势。
 
水热法是制备纳米晶材料的一种常用方法,它的显著优点是所需要的实验设备简单、成本低廉,一般不需要高温热处理就能得到结晶产物,并且可以实现批量生产。另外,水热合成的密闭条件有利于进行那些对人体健康有害的有毒反应体系,减少环境污染。文章介绍一种利用水热法制备三氧化钨纳米线的方法,其步骤如下:
1. 将适量钨酸钠溶于一定量的去离子水中,配制成重量比为1. 5〜8. 0%的钨酸钠溶液,在冰水浴中磁力搅拌1小时,形成无色透明的钨酸钠溶液;
2. 将适量3M/L的盐酸缓慢滴加到所制得的钨酸钠溶液中并不断搅拌1.5小时,形成淡黄色胶束溶液,将该胶束溶液以4000转/分钟的速度离心分离20分钟;
3. 将离心分离后的产物均匀分散到适量11.5M/L的硫酸钾溶液中形成混合溶液,并取80毫升该混合溶液转入100毫升反应釜中,在180〜270°C下进行水热反应12〜120小时;
4. 将水热产物用去离子水和无水酒精反复洗涤,而后在70°C的空气中干燥12 小时,获得具有高比表面积且能在450°C以下保持稳定的六方相三氧化钨纳米线。
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WO3基NH3气敏传感器

NH3气敏传感器氨气(NH3)是一种无色的气体,有强烈的刺激性气味,易被液化成无色的液氨,液氨可以用作制冷剂。氨气是一种重要的化工气体,用于制液氮、氨水、硝酸、铵盐和胺类等;具有强烈的还原性,可以用作脱硝催化反应中的还原剂;另外,它在催化剂存在的情况下可被氧化成一氧化氮。氨气可以由氮和氢直接合成而制得,能灼伤皮肤、眼睛、呼吸器官的粘膜,人吸入过多,能引起肺肿胀,以至死亡。
 
氨气的强烈刺激性气味是可靠的有害浓度报警信号,但由于嗅觉疲劳,在该工作环境中长期接触的人员对低浓度的氨会难以察觉,而无法意识到自己身陷险境。所以,采用一些特殊的措施来解决这一难题是很有必要的。NH3气敏传感器是一种用于检测空气中氨气浓度的装置,WO 3是一种具有良好发展前景的气敏材料,可以用于检测氨气、硫化氢、二氧化氮等有毒有害气体。
 
1992年,自Maekawa等研究了Au掺杂WO3敏感膜对空气中的氨气的敏感特性之后,几年内,人们对WO 3基NH3气敏传感器的研究一直处于低迷状态,直到2000年之后,对其研究才又开始活跃起来。对WO 3基NH3气敏传感器的一些研究成果如下:
1. 采用电纺丝法制备WO 3纳米纤维,并研究这种纳米纤维在350°C的温度下对50~500ppm的氨气的响应特性,得出其对氨气响应速度快(<20秒)的结论;
2. 在WO 3厚膜的表面覆盖一层铂催化的Si-Nb层,不仅能加快对NH3的响应,而且其响应时间也得到了缩短;
3. 采用Au和三氧化钼为添加剂,制备WO 3基氨敏传感器,实验表明,这种传感器具有很好的耐高温性和灵敏度,甚至可以在400°C的温度下操作,而对氨气的检测极限可达1ppm;
4. 采用浸渍涂覆法在Si基板上制备三氧化钨敏感膜,这种敏感膜在250~350°C范围内对氨敏感;在300°C时敏感度达到最高,且响应时间为15秒,并且对乙醇、甲烷、丙酮和水蒸汽具有选择性。
 
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硬质合金喷嘴与陶瓷喷嘴对比

早期的喷嘴材料主要以铸铁为主,但是其硬度较低、耐磨耐蚀性较差,使用寿命也相对较短。除了铸铁外,淬火钢和不锈钢也是两种较为常见的金属喷嘴材料,它们的制造工艺相对简单、成本相对低廉,一般适合于一些简单的清洗、除脏作业,而不适合于大型作业。直到上世纪30年代末期,随着磨料喷射技术以及材料科学技术的快速发展,以硬质合金制作内衬的喷嘴才被研发出来。

相比于铸铁喷嘴,硬质合金喷嘴的制造工艺要更为复杂,成本也相对较高,但是其在硬度、强度、耐磨耐蚀性以及使用寿命上都有着很大的提升。尤其是在冲蚀磨损率方面,硬质合金有更好的抗冲蚀性能。但是硬质合金硬度高、韧性低且脆性较大、不易于加工,因而不适合于复杂结构喷嘴的制造。在实际应用中,通常把硬度合金制成环状或块状镶嵌在喷嘴某些磨损严重的部位上,从而改善易发生磨损的部位的耐磨耐蚀性。随着高性能陶瓷材料的出现,喷嘴性能又得到了进一步的改善。高性能陶瓷材料相比于硬质合金材料有更好的耐热性以及断裂韧性,在许多工程领域已经获得了广泛的应用,如切削工具、轴承零件、发动机组件以及冶金、煤矿、化工等行业的耐磨和耐腐蚀零件。在耐冲蚀性能以及使用寿命上,陶瓷喷嘴也远优于普通金属及硬质合金喷嘴。尤其是在使用石英砂、炉渣及金属磨料时,陶瓷喷嘴的抗磨能力可比硬质合金高数倍,但其属于典型的脆性材料,冲击下容易产生裂纹致使材料剥落,因此不适合在强冲击场合下使用。

硬质合金喷嘴

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硬质合金直流喷嘴与扇形喷嘴

硬质合金直流喷嘴也被称为硬质合金柱形喷嘴,其是最为常见的一种喷嘴类型。其是在充分吸收传统喷嘴、喷枪的优点上,进行内部结构改造而研制成功的一种新型喷嘴。它不但能够喷射出充实的柱式射流,还能够形成伞形覆盖水流,在消防用具上扮演着重要角色。另外,在泥厂篦冷机冷却系统中也经常使用这一类型的喷嘴。直流喷嘴科学的结构优化设计、精密的加工工艺使得需雾化压力低,效果更好,也更加节能。在0.3MPa就能雾化,雾滴直径为60-80微米,确保了雾滴在最短的时间充分蒸发,避免了挂壁现象的发生。为了方便喷嘴清理,新型的直流喷嘴在内部结构上也进行了改进,改变了传统压力式喷嘴容易堵塞且维护费用较高的情况,给现场的操作使用和维护到来了极大的方便。

而硬质合金扇形喷嘴所形成喷雾形状呈扇形,是经过精细加工的导流平面使得喷雾形成均匀且具有高冲击力的扇形。其具有较大的喷雾通道且较为通畅,在很大程度上减少了堵塞的现象。由于重力因素,会产生“边缘效应”, 即喷雾的扇形剖面产生逐渐变细的边缘喷雾颗粒细小均匀,喷雾颗粒大小中等在多个喷嘴进行布置时,需要有25%~30%的重叠部分,以使整个方向上的排布均匀。此外,采用多种角度的扇形喷雾喷雾水流均匀,液滴大小中等采用单元组合式连接方式,为了方便安装和更换可加装过滤网,易于清洗。其被广泛运用于化学污垢的清理,如金属加工、油渍污渍、喷雾涂层、清洗冷却等。

硬质合金直流喷嘴与扇形喷嘴

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钨电极材料对电弧性能的影响

钨电极

电弧性能是指电弧的引燃性能、电弧的稳定性、电弧压力与温度的分布特性和电弧的压缩性与方向性等,即电弧的静、动特性。在焊接过程中,钨电极本身的物理化学性能、机械力学性能、化学成分及组织结构都会对电弧性能产生一定的影响,因此了解电极材料对电弧性能的影响,对提高电极焊接性能具有一定的意义。

化学成分的影响
掺杂不同类型、含量的稀土氧化物,钨电极的电弧性能也不同。一般来说三元稀土钨电极的电弧性能优于二元钨电极,优于单元钨电极。另外,稀土氧化物的分布及其高温特性也会对电极的引弧性能和稳定性产生一定的影响。分布均匀、蒸发速率较慢的电极具有较好的引弧性能。

组织结构的影响
钨电极组织结构的完整性和均匀性对电弧性有直接的影响。电极内部如果存在劈裂、分层、微裂纹、空洞、夹杂或者严重的晶粒结构不均匀,则会影响电弧性能,在引弧的过程中会发生断弧、爆弧或漂移等,还会引起导热、导电能力的下降,从而使电极局部产生过热、熔融、变形,降低电极的性能。

物理、机械性能的影响
具有高熔点、高沸点、低蒸气压、良好的导热和导电性、高温强度、抗蠕变性和高再结晶温度的钨电极具有较好的电弧性能。

几何形状的影响
钨电极可以根据不同用途制成不同的形状。电极的形状,尤其是端部的形状及角度对电弧的特性有明显的影响。平端部需要较高的引燃电压、电流,而尖端部需要的引燃电压、电流较低。电极的端部角度小虽然有利于引弧,但是抗变形能力较差,因此电极端部角度的确定应根据具体焊接情况确定适当的角度。

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