RU2461445C1 - Способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов - Google Patents
Способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461445C1 RU2461445C1 RU2011109429/02A RU2011109429A RU2461445C1 RU 2461445 C1 RU2461445 C1 RU 2461445C1 RU 2011109429/02 A RU2011109429/02 A RU 2011109429/02A RU 2011109429 A RU2011109429 A RU 2011109429A RU 2461445 C1 RU2461445 C1 RU 2461445C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- metal
- nanopowder
- nanopowders
- power
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией, и может быть использовано для повышения реакционной способности нанопорошков при спекании, горении в энергосберегающих технологиях. Заявлен способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов, включающий запас энергии за счет положительного заряда внутренней части частицы металла. Нанопорошки металлов облучают потоком ускоренных электронов с энергией не более 6 МэВ в вакууме, причем толщина образца нанопорошка превышает длину пробега электронов в нанопорошке. Запасенная энергия в результате облучения повышается в 2-2,5 раза. 2 ил., 4 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к технологии получения нанопорошков с повышенной запасенной энергией, в частности нанопорошков металлов, и может использоваться для повышения реакционной способности нанопорошков металлов при спекании, горении, в энергосберегающих технологиях.
Известен способ получения энергоаккумулирущих веществ и их смесей в виде химической энергии («Способ аккумулирования энергии», Патент РФ №2336606 С1, МПК Н01М 10/42, Н01М 14/00, приор. 08.05.2007). Изобретение относится к области разработки вторичных химических источников постоянного тока, а именно к области преобразования химической энергии в электрическую и обратно. Техническим результатом изобретения является расширение области аккумулирования и преобразования химической энергии при обеспечении доступности и экономичности способа. Согласно изобретению способ аккумулирования энергии, в котором в качестве восстановителя используется водород, а в качестве окислителя - хлор, включает стадию электролиза.
Недостатком способа является ограничение по величине запасенной энергии, которое определяется емкостью аккумулятора, а также использование в качестве окислителя газообразного хлора, который является токсичным веществом, и в случае разгерметизации аккумулятора представляет опасность для окружающей среды.
Наиболее близким по техническому эффекту являются способ запасания энергии нанопорошком алюминия при его пассивировании небольшими добавками воздуха (Ильин А.П. Особенности энергонасыщенной структуры малых металлических частиц, сформированных в сильно неравновесных условиях. // Физика и химия обработки материалов. 1997. №4. С.93-97).
Недостатками данного способа является низкая запасенная энергия, не превышающая 80-100 кДж/моль, что в 2-3 раза ниже энергии химической связи.
Основной технической задачей изобретения является повышение запасенной энергии в нанопорошках металлов за счет увеличения положительного заряда внутренней части наночастиц.
Основная техническая задача достигается тем, что в заявленном способе повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов, согласно которому, так же как и в прототипе, энергия запасается за счет положительного заряда внутренней части частицы металла, в соответствии с предложенным решением, нанопорошки металлов облучают потоком ускоренных электронов с энергией не более 6 МэВ в вакууме (без доступа воздуха), причем толщина образца нанопорошка превышает длину пробега электронов в нанопорошке.
В таблице 1 приведена зависимость запасенной энергии в нанопорошке железа от дозы облучения потоком ускоренных электронов.
В таблице 2 приведена зависимость запасенной энергии в нанопорошке никеля от дозы облучения потоком ускоренных электронов.
В таблице 3 приведена зависимость запасенной энергии в нанопорошке молибдена от дозы облучения потоком ускоренных электронов.
В таблице 4 приведена зависимость запасенной энергии в нанопорошке меди от дозы облучения потоком ускоренных электронов.
На фиг.1 представлена структура поверхности наночастицы металла: а) до пассивирования; б) после пассивирования.
На фиг.2 представлена структура наночастицы металла: а) при облучении потоком ускоренных электронов; б) после облучения потоком ускоренных электронов.
Пример исполнения. Образцы нанопорошка железа получают с помощью распыления железного проводника диаметром 0,3 мм мощными импульсами электрического тока (500 кА). Распределение частиц по диаметру соответствует нормально-логарифмическому. Максимум в распределении соответствует диаметру частиц, равному 100 нм.
После получения нанопорошков металлов распылением в аргоне металлических проводников при пропускании мощных импульсов электрического тока (500 кА) все металлические нанопорошки пирофорны и требуют нанесения защитных покрытий: оксидно-гидроксидных или других функциональных. При пассивировании частиц металлов, стоящих в ряду напряжений до водорода, они, как правило, заряжаются положительно, т.е. формируется двойной электрический слой, обладающий псевдоемкостью, за счет которого частица запасает энергию (фиг.1). При нагревании нанопорошка происходит разрушение двойного электрического слоя и пробой, в результате чего выделяется энергия в виде теплоты.
Для повышения запасенной энергии три навески нанопорошка железа помещают в алюминиевую фольгу толщиной 40 мкм, придавая образцам плоскую форму. Толщина каждого образца в фольге меньше 1,5 мм. Образцы помещают в охлаждаемую ячейку и облучают потоком ускоренных электронов с энергией 6 МэВ (без доступа воздуха). Учитывая мощность ускорителя для получения образцами доз 1, 5, 10 Мрад, время облучения составляет 14, 70, 140 с соответственно. При большей энергии ускоренных электронов возможно протекание ядерных реакций и появление наведенной радиоактивности.
При облучении нанопорошков металлов потоком электронов с энергией, превышающей их пробег в образце нанопорошка, происходит ионизация металлической составляющей внутренней части наночастиц (фиг.2). При этом повышается положительный заряд наночастиц, рекомбинации которого препятствует оксидно-гидроксидный слой, сформировавшийся при пассивировании нанопорошков после их получения.
После облучения образцы подвергают термическому анализу с помощью термоанализатора Q 600 SDT: масса навески 10 мг, скорость нагрева 10 град/мин, диапазон температур 20-1000°С. Результаты экспериментов приведены в таблице 1. При нагревании необлученного образца тепловой эффект слагается из теплоты окисления и из запасенной энергии, величину которой принимают за единицу. При нагревании облученных образцов фиксируют теплоту окисления и запасенную энергию. Учитывая, что степень окисленности нанопорошков необлученных и облученных примерно одинакова, теплота окисления металлов также примерно одинакова. Повышение теплоты выделившейся энергии облученных образцов составляет запасенную энергию.
Аналогичным образом облучают и анализируют нанопорошки никеля (таблица 2), молибдена (таблица 3), меди (таблица 4). После облучения потоком электронов, в соответствии с результатами термического анализа, запасенная энергия повышается в нанопорошках: железа - в 2,5 раза; никеля - в 1,5 раза; молибдена - в 1,18 раза; меди - в 2,27 раза. Таким образом, заявленный способ дает существенно более высокую энергию, превышающую прототип в 2-2,5 раза.
| Таблица 1 | ||||
| № п/п | Доза облучения, Мрад | Энергия, выделяющаяся при окислении, Дж/г | Запасенная энергия, отн. ед. | Примечание |
| 1 | 0 | 6796 | 1,00 | |
| 2 | 1 | 14474 | 2,13 | |
| 3 | 5 | 12842 | 1,89 | |
| 4 | 10 | 14448 | 2,13 | |
| Таблица 2 | ||||
| № п/п | Доза облучения, Мрад | Энергия, выделяющаяся при окислении, Дж/г | Запасенная энергия, отн. ед. | Примечание |
| 1 | 0 | 8236 | 1,00 | |
| 2 | 1 | 9120 | 1,11 | |
| 3 | 5 | 8497 | 1,03 | |
| 4 | 10 | 12358 | 1,50 | |
| Таблица 3 | ||||
| № п/п | Доза облучения, Мрад | Энергия, выделяющаяся при окислении, Дж/г | Запасенная энергия, отн. ед. | Примечание |
| 1 | 0 | 6589 | 1,00 | |
| 2 | 1 | 6815 | 1,03 | |
| 3 | 5 | 6885 | 1,05 | |
| 4 | 10 | 7798 | 1,18 | |
| Таблица 4 | ||||
| № п/п | Доза облучения, Мрад | Энергия, выделяющаяся при окислении, Дж/г | Запасенная энергия, отн. ед. | Примечание |
| 1 | 0 | 1464 | 1,00 | |
| 2 | 1 | 3324 | 2,27 | |
| 3 | 5 | 1580 | 1,08 | |
| 4 | 10 | 2976 | 2,03 | |
Claims (1)
- Способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов, включающий запас энергии за счет положительного заряда внутренней части частицы металла, отличающийся тем, что нанопорошки металлов облучают потоком ускоренных электронов с энергией не более 6 МэВ в вакууме, причем толщина образца нанопорошка превышает длину пробега электронов в нанопорошке.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011109429/02A RU2461445C1 (ru) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011109429/02A RU2461445C1 (ru) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2461445C1 true RU2461445C1 (ru) | 2012-09-20 |
Family
ID=47077374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011109429/02A RU2461445C1 (ru) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2461445C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535109C2 (ru) * | 2013-02-12 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2382734C2 (ru) * | 2008-04-07 | 2010-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Синергия-Св" | Способ получения высокочистых нанопорошков и устройство для его осуществления |
| RU2412784C2 (ru) * | 2009-02-03 | 2011-02-27 | Андрей Валерьевич Номоев | Способ получения композитных нанопорошков |
-
2011
- 2011-03-11 RU RU2011109429/02A patent/RU2461445C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2382734C2 (ru) * | 2008-04-07 | 2010-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Синергия-Св" | Способ получения высокочистых нанопорошков и устройство для его осуществления |
| RU2412784C2 (ru) * | 2009-02-03 | 2011-02-27 | Андрей Валерьевич Номоев | Способ получения композитных нанопорошков |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ИЛЬИН А.П. Особенности энергонасыщенной структуры малых металлических частиц, сформированных в сильно неравновесных условиях. - Физика и химия обработки материалов, 1997, №4, с.93-97. ИВЧЕНКО Е.В. и др. Действие лазерного излучения и нагрева на воздухе на нанопорошки железа, никеля и меди. - Известия Томского политехнического университета, 2008, т.312, №3, с.19-22. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535109C2 (ru) * | 2013-02-12 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Park et al. | Synthesis of uniquely structured SnO2 hollow nanoplates and their electrochemical properties for Li‐ion storage | |
| Choi et al. | A salt‐templated strategy toward hollow iron selenides‐graphitic carbon composite microspheres with interconnected multicavities as high‐performance anode materials for sodium‐ion batteries | |
| Wang et al. | Synthetic control of kinetic reaction pathway and cationic ordering in high‐Ni layered oxide cathodes | |
| Liao et al. | Core–shell nano-structured carbon composites based on tannic acid for lithium-ion batteries | |
| Cao et al. | Facile and efficient fabrication of branched Si@ C anode with superior electrochemical performance in LIBs | |
| Zhou et al. | Stabilizing lattice oxygen in slightly Li-enriched nickel oxide cathodes toward high-energy batteries | |
| JP6505232B2 (ja) | リチウムイオンバッテリのアノードにおいて使用するための複合粉末、このような複合粉末を調製する方法、及びこのような複合粉末を分析する方法 | |
| Sloop et al. | Advances in direct recycling of lithium-ion electrode materials | |
| US11239003B2 (en) | Support substrate for radioisotope production, target plate for radioisotope production, and production method for support substrate | |
| US20130044847A1 (en) | Apparatus and Method for Low Energy Nuclear Reactions | |
| CN104928725B (zh) | 一种高效制备枝状α‑Fe吸波材料的方法 | |
| Mostovshchikov et al. | Thermal stability of iron micro-and nanopowders after electron beam irradiation | |
| JPWO2019017252A1 (ja) | 金属多孔体およびニッケル水素電池用の集電体 | |
| RU2461445C1 (ru) | Способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов | |
| RU2535109C2 (ru) | Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией | |
| CN111479377A (zh) | 一种d-d中子管靶膜保护层 | |
| Cao et al. | Cu Precipitates in Fe Ion Irradiated Fe-Cu Alloys Studied Using Positron Techniques | |
| JP2012243640A (ja) | 複合型ターゲット、複合型ターゲットを用いる中性子発生方法、及び複合型ターゲットを用いる中性子発生装置 | |
| RU2657677C1 (ru) | Способ модифицирования микро- и нанопорошков алюминия | |
| Chuang et al. | Modification of TiO2 powder via atmospheric dielectric barrier discharge treatment for high performance lithium-ion battery anodes | |
| Olsen et al. | Radiation effects on materials for electrochemical energy storage systems | |
| JP2023539068A (ja) | 混合型原子力変換 | |
| CN108399961A (zh) | α源核电池半导体材料的辐射损伤防护方法 | |
| Zhao et al. | Hierarchical porous ZnMn2O4 derived from cotton substance as high‐performance lithium ion battery anode | |
| Kharitonov et al. | A CVD Process for Producing Atomic Current Sources Based on 63 Ni |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130312 |