S ZÉNHABOK P ÓRUSOS ANYAGOK (BMEVEFAM210) Készítette: Balázs Bernadett (ARH1DA) 2014. november 17.

Az előadások a következő témára: "S ZÉNHABOK P ÓRUSOS ANYAGOK (BMEVEFAM210) Készítette: Balázs Bernadett (ARH1DA) 2014. november 17."— Előadás másolata:

1 S ZÉNHABOK P ÓRUSOS ANYAGOK (BMEVEFAM210) Készítette: Balázs Bernadett (ARH1DA) 2014. november 17.

2 A SZÉNHABOK 1. ábra: SEM felvétel a szénhabokról [1]

3 A SZÉNHABOK TULAJDONSÁGAI nagy porozitás változatos pórusméret nagy fajlagos felület alacsony sűrűség tág határok között változtatható hővezetési tényező kicsi hőtágulási tényező anizotrópia

4 E LŐÁLLÍTÁSI LEHETŐSÉGEK 1. Exfoliáció és a grafit tömörítése természetes grafitből (Na-THF) gyors melegítés 1000 o C-ra (EG) exfoliáció mértékét befolyásoló tényezők felhasználás: tárolás kompakt exfoliált grafit hab (EG-hab) előállítása

5 E LŐÁLLÍTÁSI LEHETŐSÉGEK 2. Szén prekurzorok „felfújása” prekurzor melegítése állandó nyomáson prekurzor: hőre lágyuló vagy keményedő nyomás, hőmérséklet csökkentése  pórusok kialakulása adalékanyag (hőre lágyuló prekurzor) karbonizáció (1000 o C)

6 E LŐÁLLÍTÁSI LEHETŐSÉGEK 3. Templát karbonizáció templát prekurzorral impregrálása karbonizáció (700 o C) ha: poliuretán hab impregnálása fenollal  RVC alacsony sűrűség egyenletes pórus eloszlás 2. ábra: SEM felvétel az RVC-ről

7 A SZÉNHABOKKAL KAPCSOLATOS KUTATÁSOK 1. Agyaggal erősített szénhabok tulajdonságai [3] cél: nagy szilárdságú, alacsony hővezetésű szénhab kőszénkátrány alapú szurok + montmorillonit agyag 0, 2, 5 és 10 V/V % montmorillonit tartalom előállítás N 2 atmoszféra hab kialakítása (500 o C) 1-4 óra karbonizáció (1200 o C) 3 óra Xinying W., Jiming Z., Yimin W., Mingfang Yu: A study of the properties of carbon foam reinforced by clay

8 V IZSGÁLATOK nyomószilárdság meghatározása két irányból montmorillonit tartalom növekedésével nő (2% :10,2 MPa, 5% : 12 MPa, 10% : 12,8 MPa) nyomás következtében előálló alakváltozás (0% : 7,5%; 2% : 1,72%; 5% : 2,8%; 10% : 9,4%) 10%: lágyuláspont és viszkozitás nő  hab pórusai inhomogének lesznek ideális: 2-5 V/V % agyagtartalom Xinying W., Jiming Z., Yimin W., Mingfang Yu: A study of the properties of carbon foam reinforced by clay

9 V IZSGÁLATOK a szénhab mikroszerkezetének vizsgálata SEM vizsgálat: szénhabok keresztmetszete agyagtartalom növekedése  mikrorepedések száma csökken  mechanikai tulajdonságok javulnak Xinying W., Jiming Z., Yimin W., Mingfang Yu: A study of the properties of carbon foam reinforced by clay 3. ábra: A szénhab (0%) és a mikrorepedések SEM felvétele

10 V IZSGÁLATOK hővezetőképesség-vizsgálata hővezetőképesség (0%: 2 W/mK, 2%: 0,5 W/mK, 10 %: 0,25 W/mK) oka: porozitás, nyílt pórusok mennyisége csökken DE: zárt pórusok mennyisége nő  hőszigetelés javítása Xinying W., Jiming Z., Yimin W., Mingfang Yu: A study of the properties of carbon foam reinforced by clay

11 A SZÉNHABOKKAL KAPCSOLATOS KUTATÁSOK 2. Bórsavval módosított szénhabok előállítása és tulajdonságai Mitsubishi naftalin alapú szurok + bórsav bór: hatékony katalizátor grafitizálásnál bórsav tartalom: 0, 2, 5 és 10 V/V % előállítás habosítás 430 o C, 2 óra300 o C: B 2 O 3 + H 2 O karbonizáció 850 o C, 2 óra grafitizálás 2300 o C, 2 óra1700 o C: B 4 C Wanqian Li, Hongbo Zhang, Sizhong Li: Fabrication and properties of boric acid modified carbon foam

12 A MINTÁK JELLEMZÉSE XRD: nagy rendezettségű grafit részek bórsav tartalommal növekedő grafitizációs fok SEM: pórusfal vastagság és pórusok átmérője változik Wanqian Li, Hongbo Zhang, Sizhong Li: Fabrication and properties of boric acid modified carbon foam 4. ábra: Különböző mennyiségű bórsavat tartalmazó szénhabok

13 A MINTÁK JELLEMZÉSE hővezető képesség fononok átlagos szabad úthossza határozza meg mikrokristályos szerkezet befolyásolja grafitizált hab: kevesebb szórási centrum grafitizáció mértékének növelése  hővezető képesség nő nagy bórtartalom: B 4 C mennyiség nő  fononok szórása

14 A LKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEK hőenergia tárolás halmazállapot váltással paraffin viasz + szénhab kompozit hab : magas elektromos és hővezető képesség nagy mechanikai szilárdság 5-ször nagyobb teljesítmény adszorpció molekulaszita szacharóz + RVC  radioaktív 137 Cs megkötése

15 A LKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEK elektródák RVC: nagy pórustérfogat (97%) korróziós ellenállás ng-os kimutatási határ magas hőmérsékleten is használható szilárd érzékelőkben indikátor elektródaként áramló folyadékok pH-ját is nagy érzékenységgel képest meghatározni

16 A LKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEK elektronikus eszközök hűtése akár 2 nagyságrenddel nagyobb hőátbocsátási tényező abszorpció mikrohullámok mértéke függ: pórusszerkezet, mechanikai tulajdonságok lítium/oxigén elem készítése [6]

17 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!

18 K ÉRDÉSEK Mik a szénhabok legfontosabb (általános) tulajdonságai? Mi az a három módszer, amellyel szénhabokat lehet előállítani? Hogyan változik a szénhabok mechanikai tulajdonságai és hővezető képessége, ha montmorillonit agyagot adunk hozzá? Mik a szénhabok alkalmazási lehetőségei? Mi az az RVC, milyen anyagokból állítják elő, és mire lehet használni?

19 I RODALOMJEGYZÉK 1. Michio Inagaki, Feiyu Kang, Masahiro Toyoda, Hidetaka Konno: Advanced Materials Science and Engineering of Carbon 2. http://www.granphnanotech.com/granph/?q=node/3http://www.granphnanotech.com/granph/?q=node/3 3. Xinying Wang, Jiming Zhong, Yimin Wang, Mingfang Yu: A study of the properties of carbon foam reinforced by clay 4. Wanqian Li, Hongbo Zhang, Sizhong Li: Fabrication and properties of boric acid modified carbon foam 5. Nidia C. Gallego, James W. Klett: Carbon foams for thermal management 6. Xin-hui Yang, Ping He, Yong-yao Xia: Preparation of mesocellular carbon foam and its application for lithium/oxygen battery 7. Chong Chen, Elliot B. Kennel, Alfred H. Stiller, Peter G. Stansberry, John W. Zondlo: Carbon foam derived from various precursors