鈦酸
關(guān)注創(chuàng)建者：jsats0523 創(chuàng)建時(shí)間：2021-03-26
鈦酸的實(shí)例教程
文 / 呂孝根，張海成，羅恒軍，張富淇，唐慶·二重集團(tuán)德陽萬航模鍛有限責(zé)任公司
萬志奇·中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院
鈦及鈦合金由于具有很高的強(qiáng)度和耐蝕性，已成為一種新興的輕金屬材料，并在國防軍工、石油化工、制藥領(lǐng)域及醫(yī)療器械、海水淡化裝置等方面得到廣泛應(yīng)用。并且，因其具有比強(qiáng)度高、耐高溫、導(dǎo)熱率低、無毒、生物相容性好等一系列優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用于航空、航天、建筑、體育用品等軍用和民用領(lǐng)域。
Ti-6Al-4V 鍛件經(jīng)過噴砂工藝后，鍛件表層硬化層較厚，給后續(xù)機(jī)加工造成困難。因此，在噴砂工序完成后，需通過酸洗將其硬化層去除，并按工藝要求去除壁厚以達(dá)到所需工藝要求。鈦合金酸洗一般采用HF+HNO3，但由于其在酸液配比中所占比重較大，濃度較高，容易引發(fā)比較嚴(yán)重的二次問題。針對(duì)以上問題，研究在不同酸洗條件下的腐蝕及氫脆現(xiàn)象，分析影響因素及機(jī)理，并制定優(yōu)化的熱處理工藝，以減少氧化層及氫脆。
試驗(yàn)方案
將鍛件進(jìn)行吹砂處理后，采用線切割加工成所需試塊，并標(biāo)記0#～7#，分別對(duì)試樣進(jìn)行磨拋，去除切割造成的氧化層。對(duì)初始樣品表面進(jìn)行XRD 測試和顯微硬度測試，確定表面相結(jié)構(gòu)和硬化層深度。然后將其在不同配方的酸性溶液中進(jìn)行腐蝕，分別恒溫水浴15 分鐘后取出試件，將其按照相同的工藝執(zhí)行，測量酸洗后樣品氫含量、失重率、表層相結(jié)構(gòu)以及硬度變化。酸洗液配方見表1。
表1 鍛件表面酸洗液配方
注：0#為鍛件原始試樣，不進(jìn)行酸洗
試驗(yàn)結(jié)果
酸洗后失重率
Ti-6Al-4V 鍛件試樣酸洗后，各試樣表面形貌如圖1 所示。
圖1 Ti-6Al-4V 鍛件試樣酸洗后表面形貌
從圖1 中可以看出，初始試樣表面呈黑褐色，經(jīng)酸洗后，表面都返現(xiàn)出金屬光澤。
展開 比如，最近他們將該實(shí)驗(yàn)方法用于軟性材料，通過加強(qiáng)鈦酸鹽納米片間的靜電相互作用，使軟性材料具備了特殊的功能。
科學(xué)家們希望這項(xiàng)驚人的發(fā)現(xiàn)不止給鈦酸鹽納米片帶來新生，還能夠讓傳統(tǒng)的膠體科學(xué)煥發(fā)新的生命。
參考：K.Sano, Photonic water dynamically responsive to external stimuli, NatureCommunication 2016, 7, 12559.
梁工告訴記者，城市公交車線路固定、一個(gè)來回的公里數(shù)不會(huì)超過100公里，利用公交司機(jī)休息的時(shí)間充電，可以充分發(fā)揮鈦酸鋰電池充電快的優(yōu)勢，另外鈦酸鋰電池還有循環(huán)壽命長的優(yōu)勢。
在這家公司的電池研究院，有一塊從2014年就開始進(jìn)行充放電循環(huán)試驗(yàn)的鈦酸鋰電池，如今六年時(shí)間，充放電已超過3萬次。
在另外一間實(shí)驗(yàn)室，技術(shù)人員給記者演示了鈦酸鋰電池跌落、針刺、切割試驗(yàn)，特別是鋼針刺穿進(jìn)電池之后，沒有發(fā)生燃燒、冒煙等現(xiàn)象，而且電池還能正常使用，同樣鈦酸鋰電池具有寬域的環(huán)境溫度。
盡管鈦酸鋰電池有長壽命、高安全、充電快的優(yōu)勢，但是鈦酸鋰電池的能量密度不夠高，只有鋰電池的一半左右。因此，他們把目標(biāo)市場放在了公交車、專用車輛，以及儲(chǔ)能電站等對(duì)能量密度要求不高的應(yīng)用場景。
在儲(chǔ)能電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面，中科院物理研究所研發(fā)的鈉離子電池已經(jīng)開啟了商業(yè)化之路。相同的儲(chǔ)電量，鈉離子電池相比鉛酸電池，不僅體積小，而且重量大大減輕，同樣體積鈉離子電池的重量不到鉛酸電池的30%。在一款低速電動(dòng)觀光車上，同樣的空間，儲(chǔ)存的電量增加了60%。
2011年，同樣師從陳立泉院士的中科院物理所研究員胡勇勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，開始致力于鈉離子電池技術(shù)的研發(fā)，經(jīng)過的10年技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出了鈉離子電池，在國內(nèi)以及全球鈉離子電池底層研發(fā)及產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域都處于領(lǐng)先地位。
相比鋰離子電池，鈉離子電池最大的一個(gè)優(yōu)勢就是原材料分布廣泛、價(jià)格便宜。生產(chǎn)負(fù)極材料的原料就是經(jīng)過洗選的煤炭，每噸的價(jià)格不到一千元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于幾萬元一噸的石墨價(jià)格。而另一種材料碳酸鈉，同樣資源量豐富，價(jià)格便宜。
鈉離子電池不易燃燒，安全性好，在零下40攝氏度都可以工作，但是能量密度不如鋰電池，目前只能用在低速電動(dòng)車、儲(chǔ)能電站等對(duì)能量密度要求較低的領(lǐng)域。
展開 據(jù)工程師介紹，這輛搭載鈦酸鋰電池的公交車充電三分鐘，電量就從33%充到60%以上，僅僅8分鐘，公交車就已充滿了，電量顯示99%。
而且公交車線路固定，一般一個(gè)來回的公里數(shù)不會(huì)超過100公里，利用公交車司機(jī)休息的空擋，就可以充分發(fā)揮鈦酸鋰電池充電快的優(yōu)勢。而且工作溫度寬泛，在零下50℃的環(huán)境中，仍能正常充放電。
同時(shí)，該電池的循環(huán)放電壽命長，這家研究院，有一塊鈦酸鋰電池，在2014年開始就已進(jìn)行充放電循環(huán)試驗(yàn)，如今已過了六年時(shí)間，充放電超過3萬次，電池容量只衰減了不到10%，性能十分優(yōu)異。
更值得關(guān)注的是，這款電池的熱失控保護(hù)性能更令人驚嘆，技術(shù)人員現(xiàn)場演示了鈦酸鋰電池跌落、針刺、切割試驗(yàn)。特別是鋼針刺穿電池后，沒有發(fā)生燃燒、冒煙現(xiàn)象，而且電池還能正常使用。
不過，鈦酸鋰電池雖然具有這么多優(yōu)點(diǎn)，但是能量密度不夠高，只有鋰電池的一半左右。因此，他們把電池的目標(biāo)市場分，放在了公交車、專用車，以及儲(chǔ)能電站等對(duì)能量密度要求不高的應(yīng)用場景中。
來源：快科技、央視財(cái)經(jīng)
展開 隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展及化石能源的巨量消耗，導(dǎo)致大氣中CO2的濃度急劇增長，并帶來了一系列嚴(yán)峻的環(huán)境問題，如氣候變暖，冰川融化和海洋酸化等，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類的生存環(huán)境。光催化CO2加氫轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品將CO2與可再生能源有機(jī)結(jié)合，不僅有望解決環(huán)境問題，還可以緩解化石能源枯竭所帶來的能源危機(jī)，具有非常廣闊的研究前景，已成為當(dāng)前科研領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。相對(duì)于CO、CH4催化產(chǎn)物來說，CH3OH被認(rèn)為是一種更高價(jià)值的CO2催化產(chǎn)品。目前，很多CO2光催化轉(zhuǎn)化為甲醇的研究主要集中在高溫高壓條件，然而，很少的催化劑能夠在常壓溫和條件下，進(jìn)行光催化CO2轉(zhuǎn)化制甲醇。當(dāng)前，新型常壓CO2轉(zhuǎn)化制甲醇光催化劑的探索對(duì)科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用具有非常重要的意義。
在這個(gè)工作中，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過了大量的理論篩選和實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)了鈦酸銅鈣光催化劑能夠有效的在常壓溫和條件下將CO2光催化轉(zhuǎn)化為甲醇，并探索了商業(yè)化的鈦酸銅鈣活性，且與商用銅鋅鋁催化劑在常壓條件下進(jìn)行了活性對(duì)比，通過實(shí)驗(yàn)表征及理論計(jì)算，建立了鈦酸銅鈣光催化劑結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)中，研究人員首先通過高溫熔融鹽法制備了結(jié)晶性良好的鈦酸銅鈣光催化劑（XRD）。通過簡單的活性測試及TPR、XRD表征發(fā)現(xiàn)，碳酸銅鈣中銅元素的釋放對(duì)催化活性具有重要的影響，因此研究人員對(duì)原始的鈦酸銅鈣進(jìn)行了不同的預(yù)處理，來控制銅元素的釋放參數(shù)。
圖1. XRD、簡單活性測試及TPR測試：(A) CaCu3Ti4O12 XRD圖；（B）CaCu3Ti4O12 簡單CO2光催化活性測試圖；（C）CaCu3Ti4O12TPR圖；（D）對(duì)CaCu3Ti4O12不同預(yù)處理后樣品的XRD圖。
圖2.
展開 
鈦酸的最新內(nèi)容
迄今已提出多種集成平臺(tái)與解決方案以實(shí)現(xiàn)高性能芯片級(jí)電光調(diào)制器，涵蓋硅基、聚合物、磷化銦、等離子體及其他EO材料（氮化鋁、鈦酸鋇、碳化硅、鋯鈦酸鉛）。其中，薄膜鈮酸鋰（TFLN）因其卓越特性——包括強(qiáng)Pockels效應(yīng)（γ33≈30pmV ）、寬透明窗口（0.35–5.20μm）及低光損耗而成為極具前景的電光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。
基于TFLN腔體的調(diào)制器可支持大帶寬和高調(diào)制效率。
根據(jù)不同的應(yīng)用場景，?動(dòng)力電池可以進(jìn)一步細(xì)分為磷酸鐵鋰電池、?錳酸鋰電池、?鈦酸鋰電池、?三元鋰電池等體系，?其中電池的續(xù)航能力是評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車的重要指標(biāo)之一。
大家應(yīng)該都知道動(dòng)力電池的工作溫度會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生很大的影響。但是會(huì)產(chǎn)生什么具體的影響呢？
讓我們先看一下下方兩個(gè)曲線圖
左圖的橫坐標(biāo)是電池循環(huán)充放電次數(shù)，縱坐標(biāo)是電池可用容量。
鈣鈦礦是一種具有與礦物鈣鈦礦（鈦酸鈣）類似結(jié)構(gòu)的材料，這些量子點(diǎn)在制成之前，需要與一些液體混合形成分散體。
改善量子點(diǎn)特性
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和Empa的Maksym Kovalenko領(lǐng)導(dǎo)的這個(gè)研究小組，與烏克蘭和美國的同行合作，展示了如何進(jìn)一步改善鈣鈦礦量子點(diǎn)性能的可能。他們使用化學(xué)方法進(jìn)行表面處理和一種量子力學(xué)效應(yīng)，這在鈣鈦礦量子點(diǎn)研究中是前所未有的。
而對(duì)于鈦酸鋰負(fù)極，采用正極過量設(shè)計(jì)，電池容量由鈦酸鋰負(fù)極的容量確定。正極過量設(shè)計(jì)有利于提升電池的高溫性能：高溫氣體主要來源于負(fù)極，在正極過量設(shè)計(jì)時(shí)，負(fù)極電位較低，更易于在鈦酸鋰表面形成SEI膜。
研究亮點(diǎn)
? 由鐵電材料(鈦酸鋇，鈦酸鍶鋇)誘導(dǎo)的極化電場可實(shí)現(xiàn)在優(yōu)化鋅離子傳輸行為的同時(shí)去除鋅離子溶劑鞘結(jié)構(gòu)中的水分子，抑制鋅金屬負(fù)極的枝晶和腐蝕。
（2）優(yōu)點(diǎn)
鋰離子電池的效率可達(dá)95%以上；
放電時(shí)間可達(dá)數(shù)小時(shí)；
循環(huán)次數(shù)可達(dá)5000次或更多，響應(yīng)快速；
鋰離子電池是電池中比能量最高的實(shí)用型電池，有多種材料可用于它的正極和負(fù)極（鈷酸鋰鋰離子電池、錳酸鋰鋰離子電池、磷酸鐵鋰鋰離子電池、鈦酸鋰鋰離子電池等）。
在這個(gè)工作中，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過了大量的理論篩選和實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)了鈦酸銅鈣光催化劑能夠有效的在常壓溫和條件下將CO2光催化轉(zhuǎn)化為甲醇，并探索了商業(yè)化的鈦酸銅鈣活性，且與商用銅鋅鋁催化劑在常壓條件下進(jìn)行了活性對(duì)比，通過實(shí)驗(yàn)表征及理論計(jì)算，建立了鈦酸銅鈣光催化劑結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)中，研究人員首先通過高溫熔融鹽法制備了結(jié)晶性良好的鈦酸銅鈣光催化劑（XRD）。
壓電材料一般都是鋯鈦酸鉛、石英-天然陶瓷、聚偏二氟乙烯等進(jìn)行制作的。鋯鈦酸鉛被通稱為PZT，是強(qiáng)電介質(zhì)的鈦酸鉛（PbTiO3）和反強(qiáng)電介質(zhì)的鋯酸鉛（PbZrO3）的固溶體，成分是〔Pb（Zr-Ti）O3〕。居里點(diǎn)根據(jù)兩者的混合比例不同而不同，大約在320℃附近有。在居里點(diǎn)以下沒有轉(zhuǎn)變點(diǎn)非常穩(wěn)定。燒結(jié)性好，因?yàn)槟軌虺浞值臉O化而且極化也比較的容易，所以能夠制作擁有高壓電常數(shù)的壓電陶瓷。
而鋯鈦酸鉛（lead zirconate titanate，簡稱 PZT）等人工材料需經(jīng)過極化過程才能表現(xiàn)出壓電特性。讓我們來一起探究微觀層面上究竟發(fā)生了什么，從而引起了壓電效應(yīng)。
鈣鈦礦晶胞中偏離中心的鈦離子。
對(duì)于鈣鈦礦（perovskite，分子式為 CaTiO3）一類的典型的非中心對(duì)稱晶體結(jié)構(gòu)來說，其晶體中每個(gè)晶胞的凈電荷均為零。
同時(shí)，在新型材料方面，無鉛壓電陶瓷的研制已取得了較大的突破，有可能使得無鉛壓電陶瓷在許多領(lǐng)域替代鋯鈦酸鉛（PZT）基的壓電陶瓷，推動(dòng)綠色電子產(chǎn)品的升級(jí)換代。此外，壓電材料在下一代能源技術(shù)中的應(yīng)用開始嶄露頭角。過去十年中，隨著無線與低功耗電子器件的發(fā)展，利用壓電陶瓷的微型能量收集技術(shù)的研究與開發(fā)受到各國政府、機(jī)構(gòu)和企業(yè)的高度重視。
（四）微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)業(yè)
微波介質(zhì)陶瓷是無線通信器件的基石。
