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關(guān)于石墨烯,你不明白的冤枉……

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放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2021-04-02  來源:儀器網(wǎng)  作者:Mr liao  瀏覽次數(shù):78
核心提示:碳和硅的原子序數(shù)分別為6和14,在元素周期表中處于碳族元素的第二和第三周期,即上下相鄰的位置。這種位置關(guān)系,表明它們在某些方面具有類似的性質(zhì)。碳元素在我們的生活中無處不在,含碳化合物是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。硅也在地殼中的含量巨大,尤其是它在半導(dǎo)體

碳和硅的原子序數(shù)分別為6和14,在元素周期表中處于碳族元素的第二和第三周期,即上下相鄰的位置。這種位置關(guān)系,表明它們在某些方面具有類似的性質(zhì)。

碳元素在我們的生活中無處不在,含碳化合物是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。硅也在地殼中的含量巨大,尤其是它在半導(dǎo)體和現(xiàn)代通訊業(yè)中的應(yīng)用,推動了人類文明的發(fā)展。

在化學(xué)的世界里,碳和硅是同一族的親兄弟;在我們生活的地球上,他們共存了數(shù)十億年,卻沒有結(jié)成生死與共的牢固友誼,自然界中的碳化硅礦石十分罕見。

1824年,瑞典科學(xué)家Jons Jakob Berzelius在合成金剛石時觀察到碳化硅(SiC)的存在,就此拉開了人類對于碳化硅材料研究的序幕。直到1891年,美國人E.G. Acheson在做電熔金剛石實驗時,偶然得到了碳化硅。當(dāng)時誤認(rèn)為是金剛石的混合體,故取名金剛砂。

純碳化硅是無色透明的晶體。工業(yè)碳化硅因所含雜質(zhì)的種類和含量不同,而呈淺黃、綠、藍(lán)乃至黑色,透明度隨其純度不同而異。碳化硅晶體結(jié)構(gòu)分為六方或菱面體的 -SiC和立方體的 -SiC(稱立方碳化硅)。 -SiC由于其晶體結(jié)構(gòu)中碳和硅原子的堆垛序列不同而構(gòu)成許多不同變體,已發(fā)現(xiàn)70余種。

中國碳化硅與先進(jìn)水平的差距主要集中在四個方面:一是在生產(chǎn)過程中很少使用大型機(jī)械設(shè)備,很多工序依靠人力完成,人均碳化硅產(chǎn)量較低;二是在碳化硅深加工產(chǎn)品上,對粒度砂和微粉產(chǎn)品的質(zhì)量管理不夠精細(xì),產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不夠;三是某些產(chǎn)品的性能指標(biāo)與發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品相比有一定差距;四是冶煉過程中一氧化碳直接排放。

碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蝕性以及較高的高溫強(qiáng)度等特點,這使得碳化硅陶瓷得到了廣泛的應(yīng)用。如今,碳化硅的應(yīng)用已從最早期的磨料,發(fā)展到軸承、半導(dǎo)體、航空航天和化學(xué)等多個領(lǐng)域。微反應(yīng)器由于化學(xué)品和微通道內(nèi)壁超高的接觸表面積,對內(nèi)壁材質(zhì)的要求非常嚴(yán)苛。微通道反應(yīng)器也成為了碳化硅的一個重要應(yīng)用。究竟什么樣的碳化硅適用于制造微通道反應(yīng)器嗎?

 

一、微反應(yīng)器的材質(zhì)需要極強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕性

與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。當(dāng)然,構(gòu)成微反應(yīng)器的材質(zhì)需要極強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕性。

從表1的數(shù)據(jù)可以看出,在40%濃度HF的腐蝕下,康寧UniGrain 碳化硅的抗腐蝕性比市場上供應(yīng)的碳化硅好300倍。在30%濃度氫氧化鈉的條件下,康寧碳化硅的抗腐蝕性也明顯優(yōu)與市場上供應(yīng)的碳化硅。

哈氏合金是一種被大家所熟知、具有良好抗腐蝕性和熱穩(wěn)定性的材料。那我們的Unigrain 碳化硅與這種超抗腐蝕材料相比,是否能更勝一籌呢?

通過表2中數(shù)據(jù)可以看出,Unigrain 碳化硅在40%HF、220℃條件下的年腐蝕量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于哈氏合金HC-2000,HC-22, HC-276,Inconel 625在20%HF、52℃條件下的年腐蝕量。

 

 二、高純度 - 材料的均勻性

微反應(yīng)器通道尺寸小,如何保證通道無死區(qū),物料無殘留呢?一方面與微反應(yīng)器通道的設(shè)計有關(guān),另一方面與反應(yīng)器材質(zhì)有關(guān)。用掃描電鏡SEM對 Corning UniGrain 碳化硅進(jìn)行了材料微結(jié)構(gòu)分析。

結(jié)果顯示,UniGrain 碳化硅燒結(jié)粒度很小,在 5 ~ 20 m之間,并且結(jié)構(gòu)致密且均勻。因此反應(yīng)通道表面平滑,確保了反應(yīng)的穩(wěn)定性。通過下列電鏡對比圖,很容易發(fā)現(xiàn),市場上的碳化硅燒結(jié)粒度和微結(jié)構(gòu)均勻度與UniGrain 碳化硅有明顯的差異。

 

三、耐冷熱沖擊

為了適應(yīng)化學(xué)反應(yīng)中不斷出現(xiàn)的高溫或低溫條件,微通道反應(yīng)器材料還需要具有高度耐冷熱沖擊的性能??祵嶶niGrain 碳化硅擁有超4x10-6/ C的低熱膨脹系數(shù), 確保了反應(yīng)器能抵抗反應(yīng)帶來的大量冷熱沖擊。

做好反應(yīng)器,材料是根本!碳化硅有70多種晶型,康寧UniGrain 碳化硅和普通碳化硅不一樣;就像康寧鍋和其它玻璃鍋不一樣;康寧大猩猩蓋板玻璃和其它玻璃不一樣。

除了上訴的三點以外,UniGrain 碳化硅還擁有110~180 W/m.K(常溫)超高導(dǎo)熱性,15MPa超高模塊暴裂壓力。并且它沒有周期性疲勞,使用壽命長達(dá)20年以上。

 

四、康寧zhuan利結(jié)構(gòu)設(shè)計

康寧微通道反應(yīng)器采用模塊化結(jié)構(gòu):獨(dú)特 三明治 多層結(jié)構(gòu)設(shè)計 集 混合/反應(yīng) 和 換熱 于一體,精準(zhǔn)控制流體流動分布,極大地提升了單位物料的反應(yīng)換熱面積 (1000倍)。Zhuan利的 心型 通道結(jié)構(gòu)設(shè)計,高度強(qiáng)化非均相混合系列,提高混合/傳質(zhì)效率 (100 倍)??祵幰钥蛻粜枨鬄閷?dǎo)向,提供從入門教學(xué) 、工藝研發(fā) 到工業(yè)化生產(chǎn)全周期解決方案。

康寧反應(yīng)器技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)聲明

康寧致力于向客戶提供業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品和服務(wù),并持續(xù)投入反應(yīng)器技術(shù)的研發(fā)。康寧擁有一系列覆蓋全球的反應(yīng)器技術(shù)Zhuan利,截止至2019年3月5日,康寧在全球范圍內(nèi)共申請相關(guān)Zhuan利224項,已授權(quán)157項,其中中國授權(quán)Zhuan利34項。制造或銷售康寧Zhuan利所覆蓋的產(chǎn)品或使用康寧Zhuan利所保護(hù)的工藝需獲得康寧授權(quán)。未經(jīng)授權(quán)擅自使用康寧Zhuan利即構(gòu)成侵權(quán)。康寧對侵犯知識產(chǎn)權(quán)的行為零容忍,將采取一切必要的手段保護(hù)其知識產(chǎn)權(quán)。

 

五、全周期解決方案

康寧碳化硅反應(yīng)器能處理所有化學(xué)體系包括HF和高溫強(qiáng)堿體系,超高的混合,反應(yīng),換熱性能;

可針對研發(fā)平臺的需求,調(diào)整模塊數(shù)量,靈活拆分組合來實現(xiàn)不同工藝路線;

可根據(jù)項目需要,與G1玻璃反應(yīng)器組合使用,使得裝置好用而且 看得見 ;

適用于工藝快速篩選、工藝優(yōu)化和小噸位批量合成生產(chǎn);

國內(nèi)已有相當(dāng)多企業(yè)建立了數(shù)百套多功能平臺和數(shù)十套工業(yè)化裝置。

每一臺康寧微通道反應(yīng)器,都凝聚著康寧科學(xué)家160多年對材料科學(xué)和工藝制造的專業(yè)知識和寶貴經(jīng)驗!

 
 
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