用于能源创新的镁/硼机械混合物

最近发表在《杂志》上的论文ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩证明了使用基于干粉的技术合成镁/硼（mg/b）固体溶液的有效性。

学习：用于高能应用的镁/硼固体溶液的合成和表征。图片来源：Magnetix/Shutterstock.com

背景

通常将高能的材料（例如金属和金属）欧洲杯足球竞彩添加到推进剂和火箭燃料中，以产生更多的推力并在体积限制的推进系统中提取更多能量。与液态碳氢化欧洲杯足球竞彩合物燃料相比，这些材料更适合作为燃料添加剂或燃料，因为它们具有较高的容量和重量的能量密度，从而降低了排气排放和提高的燃烧效率。

硼是最合适的金属作为燃料添加剂和固体燃料，由于其高容量和重量密度分别为140 kJ/ml和58 kJ/g。由于其高度较高的重为31 kJ/g和25 kJ/g，还广泛研究了反应性金属，例如铝（Al）和镁（MG）。

然而，在B表面上存在一个天然氧化物层将金属的效率限制为能量材料。尽管氧化物层在储存过程中提供了暂时的钝化，但它充当氧化剂/硼界面的扩散屏障，阻塞了金属和氧化剂之间的直接反应并抑制点火动力学，从而导致不完全燃烧。因此，减少金属氧化物层厚度对于改善B颗粒氧化过程中的放热性和反应性是必要的。

MG/B机械混合物（红色）和MG/B固体溶液（蓝色）的DSC分析的比较。机械混合物释放26 kJ/g，固体溶液释放36 kJ/g高达1000℃，热量释放增加了38％。图片来源：Jensen，D等人，ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩

催化掺杂剂（例如MG和AL）可用于通过氧化还原反应去除天然B氧化物层并减少点火延迟。这些掺杂剂可以通过将B氧化物降低到元素B来增加B颗粒氧化过程中释放的热量。此外，掺杂剂的点火会增加反应界面温度，从而改善B氧化动力学。

由于其高能量密度，MG在水下和航空航天推进系统中已成功用作推进剂添加剂。该材料具有相对较低的沸点和熔点以及良好的燃烧特性，可以促进B的点火和完全氧化。

添加Mg的Mg与B的A形式，例如二吡啶镁（MGB）₂），可以通过增加氧化程度来进一步提高燃烧效率。此外，金属硼（例如MGB）₂由于其高热稳定性，还具有延长的保质期。

研究

在这项研究中，研究人员使用MG和B之间的自发高温合成（SHS）反应方法合成了能量B/mg固溶液欧洲杯猜球平台Mg添加对B低温下B氧化稳定性的影响以及B颗粒在氧化时的重量释放。欧洲杯猜球平台

使用高纯度的亚微米尺寸的MG和B颗粒用于制造核心壳B/mg结欧洲杯猜球平台构，以确保固体溶液的高纯度。由于起始后反应的自我维持性质，选择了SHS反应作为固体溶液的干燥合成。

使用三步干混合技术将B和MG粉末混合到玻璃瓶中。最初，使用微翼圈搅拌干燥混合物，然后在25下进行超声处理^oC持续15分钟以分散聚集体。随后，将所做的混合物进行磁搅动以获得同质混合物。

Gibbs能量是Mg，B和它们各自的氧化物之间的不同反应的温度的函数。热力学分析进行了HSC工业热力学软件包。图片来源：Jensen，D等人，ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩

将获得的混合物均匀地铺在玻璃载玻片表面上，并将另一个载玻片放在混合物上。使用Al箔来覆盖混合物的侧面。然后将混合物压在玻璃载玻片之间，以促进B和MG之间的密切接触，并减少颗粒暴露于环境空气，以促进加热过程中原子的有效扩散。

随后，将载玻片放在25处的消气炉中^oC并以30°C/min至500°C的速率加热。将500°C下的等温条件保持90分钟，然后使加热样品冷却三小时。对不同的合成样品进行热分析实验，以优化过程参数，例如合成时间和温度。

X射线衍射（XRD），动态光散射（DLS），X射线光电子光谱（XPS）和高角度环形环形扫描透射透射透射透射透射式透射透射式能量分散光谱（HAADF-STEM-EDS）用于表征制造的B/mg实心溶液。进行了差异扫描量热法（DSC）和热重分析，以确定样品的重量变化和热量从20到1000^oC。

观察

通过SHS反应成功合成了能量B/mg固溶物，平均粒径为550 nm。合成条件在B和MG颗粒之间保持最大接触，并最小化合成样品的烧结。欧洲杯猜球平台

相称的MGB₂/MGO层在B芯周围形成，这是由于B颗粒表面与液体MG之间的直接接触。欧洲杯猜球平台HAADF-STEM-EDS，XRD和XPS观测证实了由MGB组成的外壳的形成₂，MGO和MG围绕B核心。

核壳结构促进了钝化壳的形成，天然B氧化物层和Mg之间的放热氧化还原反应以及B，MGB的放热氧化₂和mg。与未经处理的B颗粒在高达1000°C下释放的热量相比，B/mg固溶物中B燃烧引起的放热热量增加了24％。欧洲杯猜球平台在相似条件下，与B和MG相比，B/mg固溶的氧化稳定性也增加了。

合成的mg/b固体溶液的茎显微照片显示了表面附近Mg（较暗相）的B：（a）较小和（b）较大的颗粒。欧洲杯猜球平台图片来源：Jensen，D等人，ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩

固体溶液显示出较高的热稳定性，表明有效钝化。此外，即使在储存六个月后，从合成溶液中释放的放热热量释放量仍然相同，表明保质期的增加。天然B氧化物与MG之间的氧化还原反应的协同作用以及MGB的氧化₂，B和MG从B/MG固体溶液中增强了热量释放到B/MG系统的近90％的理论能量密度。

总而言之，这项研究的结果证明了使用B/mg固溶性进行能量应用的可行性以及基于干粉的技术在开发热量和反应性增强的能量材料中的有效性。欧洲杯足球竞彩

资源

Jensen，D.，Matsoukas，T.，Chen，C-H。等。用于高能应用的镁/硼固体溶液的合成和表征。ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩2022。https://doi.org/10.1021/acsaem.2c00312

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