Beklenmedik bir keşif yolculuğu: Kabın şekli, kimyasal reaksiyonun nasıl ilerleyeceğini belirleyebilir
Uyuyamıyorum, yatağı suçluyor musun? Doğru, manyetik nanopartikül malzemelerin güçlü bir manyetik alanda kimyasal sentezi aynen bunun gibidir. Çin Bilimler Akademisi Yüksek Manyetik Alan Bilim Merkezi'nin (Hefei) güçlü mıknatıs SM2'sinde kimyasal sentezin reaksiyon kabının şişmanlığından etkilendiği gözlemlendi.
Birkaç gün önce, Çin Bilimler Akademisi Yüksek Manyetik Alan Bilimi Merkezi'nden Lu Qingyou grubu, Nanjing Üniversitesi'nden Lu Qingyi grubu ile işbirliği yaparak, doğrudan güçlü süper iletken mıknatısın dar, düşük sıcaklık açıklığı sıvı helyumuna yerleştirilebilen süper yalıtımlı bir yüksek sıcaklık reaksiyon sistemi tasarlamak için çalıştı. Şekil 1) ve magnetron kimyasal reaksiyonları çalışmasına uyguladı.
Şekil 1 Termal ayrışma için düşük sıcaklık açıklıklı sıvı helyumdaki süper iletken bir mıknatısa doğrudan implante edilebilen, kendi geliştirdiği bir yüksek sıcaklık sıcaklık kontrol sistemi.
Deneysel sonuçlar, güçlü bir manyetik alan altında elde edilen ürünün, karşılaştırma deneyinde elde edilen oksit ürününden tamamen farklı olduğunu göstermektedir (manyetik alan olmadan bir tüplü fırın içinde geleneksel bir seramik teknede ısıtma).
Farklı oksidasyon ürünlerine kim neden oldu? İşbirlikçi ekip daha titiz bir karşılaştırmalı deney yaptı: deneyi süper iletken bir mıknatıs reaktöründe tekrarlayın, ancak bir manyetik alan eklemeden, bu zamanda elde edilen ürün, güçlü bir manyetik alan altında elde edilen ile tamamen aynıdır. Manyetik alan faktörü ortadan kalkar.
Araştırmacılar spekülasyon yapmaya başladılar: Isıtma kabındaki farktan kaynaklanıyor olabilir mi? Süperiletken mıknatısın iç çapı normal şartlarda porselen bir botu tutamayacak kadar dar olduğu için numune için özel olarak küçük çaplı porselen tüp yapılır. Görünüşte alakasız olan yağ ve ince kaplar, sıcaklık, basınç ve manyetik alan gibi "ünlü" termodinamik miktarlar kadar önemli olabilir ve kimyasal reaksiyonların kaderini belirleyebilir mi? Hatta güçlü bir manyetik alanın manyetik malzemelerin büyümesi üzerindeki etkisini gölgede bırakabilir mi?
Bu nedenle, kooperatif ekibi, reaktör "uzunluk-çap oranının" kimyasal reaksiyonlar üzerindeki etkisini incelemek için deneyler tasarladı (Şekil 2). Farklı görünüm oranlarına sahip kaplarda ZnO / Fe3O4 nanopartiküller, Fe3O4 @ ZnO nanotüp dizileri ve FeC @ ZnCN2 nanotüp dizileri elde ettiler.Farklı bileşimlere, farklı morfolojilere ve farklı montaj yöntemlerine sahip nanoyapılı malzemeler elde edildi. Tepkime kabının farklı "geometrik parametreleri" ne göre tepkime ürününün bir "faz diyagramını" çizmek bile mümkündür (Şekil 3).
Şekil 2 Farklı açı oranlarına sahip reaksiyon kaplarındaki reaksiyon işleminin şematik diyagramı.
Şekil 3 Reaksiyon kabının uzunluk-çap oranının reaksiyon ürünü üzerindeki etkisi.
Aslında, kooperatif ekibi tarafından tasarlanan ilk kimyasal reaksiyon, güçlü bir manyetik alan altında lapa lapa bimetalik öncülün termal ayrışma reaksiyonu yoluyla manyetik nano yapılı malzemeleri sentezlemekti. Nanoyapılı malzemelerin birim boyutları küçük olduğundan, özgül yüzey alanı (birim hacme karşılık gelen yüzey alanı) büyük, sarkan bağlar nispeten büyük ve manyetik atomlar (demir, kobalt, nikel vb.) İçerdiğinden, manyetik alanın yönlendirilmesine daha duyarlı olduğu düşünülebilir. , Düzenlenmiş rol.
Güçlü bir manyetik alan altında, FeC nanopartiküller @ ZnCN2 nanotüp kompozitleri 600 ° C'de üretilir (Şekil 4); östenit / Fe nanopartiküller @ karbon nanotüp kompozitleri 900 ° C'de oluşturulur (Şekil 5).
Şekil 4 Flakon reaksiyon sisteminde 600 ° C'de elde edilen ürünün XRD spektrumları, SEM fotoğrafları ve TEM fotoğrafları.
Şekil 5 Flakon reaksiyon sisteminde 900 ° C'de elde edilen ürünün XRD spektrumları, SEM fotoğrafları ve TEM fotoğrafları.
Bununla birlikte, boru şeklindeki yapıların büyümesi oldukça zordur. Güçlü bir manyetik alan, boru şeklindeki yapıların büyümesine yardımcı olur mu? Bu amaçla, işbirlikçi ekip daha sıkı bir karşılaştırmalı deney yaptı: süper iletken bir mıknatıs reaktöründe tekrarlanan deneyler yapıldı, ancak manyetik alan eklenmedi.
Ancak sonuçlar şaşırtıcıdır Bu sırada elde edilen ürün, güçlü bir manyetik alan altında elde edilen ürün ile tamamen aynıdır. Kooperatif ekibinin daha ileri deneyleri sayesinde, kimyasal sentezin reaksiyon kabının şişmanlığı ve inceliğinden etkilendiği keşfedildi.
Bu çalışma, reaksiyon kabının geometrisinin, kimyasal reaksiyonların ilerlemesini ve nanoyapı büyümesinin sonucunu kontrol etmek için kullanılabilen bağımsız olarak ayarlanabilen bir termodinamik parametre olduğunu ve çok ucuz olduğunu kanıtladı. Bu aynı zamanda gelecekte yeni malzemelerin sentezi için yeni olanaklar da getiriyor.
Çalışma, Composites Part B 161 (2019) 328-335'te yeni kendinden destekli karbon bazlı nanotüp dizili kompozitlerin Uzay sınırlı büyümesi başlığıyla yayınlandı. Makale bağlantısı: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.10.047.
Bu arada, makalede işbirliği yapan iki ana araştırmacının, biri Lu Qingyou, diğeri Lu Qingyi adlı, çok bir hikayesi olduğunu herkes fark etmiş olabilir. Lu Qingyou ve Lu Qingyi kardeşler. Adı daha hafif kimyasal element olan uranyum izotopu (U235) olan Brother Light Uranium; adı daha hafif kimyasal element iridyum izotopu olan Light Uranium (Ir191). Büyük erkek kardeş fizik, küçük kız kardeş kimya okuyor, fizik ve kimya arasındaki işbirliği onlara iyi yansıtılıyor.
Kaynak: Hefei Malzeme Bilimi Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
Sorumluluk Reddi: Bu makale daha fazla bilgi vermek amacıyla yeniden üretilmiştir. Kaynak etiketlemede bir hata varsa veya yasal haklarınızın ihlali söz konusuysa, lütfen sahiplik sertifikası ile web sitesi ile iletişime geçin, zaman içinde düzeltip sileceğiz, teşekkür ederiz.
Kaynak: Çin Bilimler Akademisinin Sesi
