Биметаллическая пластина — это… Что такое Биметаллическая пластина?

Биметалли́ческая пласти́на — пластина, изготовленная из биметалла или из механически соединённых кусков двух различных металлов. Как правило, используется как основная часть термомеханического датчика.

Устройство

Если оба конца биметаллической пластины соединены заклёпками, при увеличении температуры пластина изгибается.

Представляет собой отрезок ленты из биметалла. Один конец ленты, как правило, неподвижно закреплён в устройстве, а другой — перемещается в зависимости от температуры пластины.

Встречаются устройства, состоящие из 2 пластин разнородных металлов, закреплённых одними концами и соединённых (клёпкой, пайкой или сваркой) у других концов. При изменении температуры соединённый конец пластин перемещается.

Работоспособны в очень широком диапазоне температур^[1].

Применение

Термостаты и защитные устройства

Изгибающаяся биметаллическая пластина управляет электрическими контактами, замыкающими или размыкающими цепь подогревателя.

(В случае защитных устройств — отключающие электропитание нагрузки).

Могут сводить-разводить контакты постепенно (дешёвая ненадёжная конструкция — контакты искрят и обгорают), а могут срабатывать скачком (механическая бифуркация), сразу перемещая контакт на несколько миллиметров (щелчки от таких переключений слышны при работе утюгов).

Применяются как защитные устройства: для защиты от перегрева (например в электрочайнике) или от превышения силы тока (предохранители). могут быть как самовосстанавливающимися, так и требующими вмешательства персонала (предполагается, что персонал найдёт и устранит причину неполадки, и только потом вернёт предохранитель во включённое состояние).

Генераторы импульсов и реле времени

Биметаллическая пластина с контактом и с подогревателем (применяется обмотка из высокоомного провода либо сама пластина, по которой пропускают ток).

Применяется для переключения режимов работы устройств после их включения (например, в стартёрах люминесцентных ламп и электромоторов). В этом случае нагрев пластины продолжается всё время, пока устройство включено.

Измерительные приборы

Разновидность биметаллического термометра с подогревателем. В зависимости от способа включения может быть вольтметром или амперметром. При работе потребляет много энергии, однако совершенно не содержит трущихся механических частей. Просты, вибростойки, мало чувствительны к загрязнениям, как правило, самовосстанавливаются при отсыревании. До сих пор широко применяются в автомобильной электронике.

Часы

Применяются для термокомпенсации хода часов. Могут изменять диаметр разрезного обода баланса, сделанного из биметаллической пластины, либо изменять действующую длину пружины баланса.

Термометры

Схема биметаллического термометра

Длинная свёрнутая спиралью лента из биметалла закрепляется в центре. Другой (внешний) конец спирали перемещается вдоль шкалы, размеченной в градусах. Такой термометр, в отличие от жидкостного (например, ртутного) совершенно нечувствителен к изменениям внешнего давления и механически более прочен.

В термографах биметаллическая пластина через систему рычагов управляет пером самописца, рисующим график изменения температуры (применяется в метеорологии).

Тепловые двигатели

Преобразование разности температур в механическую работу. Существуют простые игрушки для демонстрации возможности работы таких двигателей^[2].

Устройства для микроперемещений

Предметы (типа «препарата», рассматриваемого в микроскоп) с помощью биметаллических пластин с подогревателями можно перемещать в небольших пределах. Величина перемещения регулируется дистанционно изменением тока через подогреватели.

Недостаток: величина перемещения непостоянна и зависит от условий охлаждения (окружающей температуры, сквозняков и т.п.)

В судостроении

Биметаллические (а также триметаллические) пластины используются для сварки разнородных металлов в целях предотвращения контактной (гальванической) коррозии. В судостроении применяются как для стыковки алюминиевой надстройки со стальным корпусом, так и для соединения декоративных элементов из нержавеющей стали с алюминиевой конструкцией.

Неметаллические аналоги

Для работы в агрессивных средах свойствами, подобными биметаллам, обладают спаи из стёкол или керамики с различным КТР,

Расчёт пластины

Изгиб (кривизна кривой, обратная величина к радиусу изгиба) биметаллической пластины^[3]:

где:

История

По-видимому, биметаллические пластины были созданы в XVIII веке в Англии часовщиком Джоном Харрисоном для термокомпенсации его морского хронометра «h4».

[4].

Ссылки

1. ↑ Биметаллическая лента в жидком азоте (англ.)
2. ↑ Биметаллические качели (фото)
3. ↑ Clyne, TW. “Residual stresses in surface coatings and their effects on interfacial debonding.” Key Engineering Materials (Switzerland). Vol. 116-117, pp. 307-330. 1996 (англ.), pdf, 36KB
4. ↑ Sobel, Dava. «Longitude», London, Fourth Estate, 1995, ISBN 0-00-721446-4, стр. 103 (англ.)

Коронки Биметаллические у официального партнера ЗУБР

Ножовки по дереву

Стамески, резцы

Топоры, колуны

Инструменты для гипсокартона

Молотки слесарные

Молотки специальные

Зубила, кернеры, гвоздодеры, ломы

Шарнирно-губцевый инструменты

Инструменты электрика

Ключи трубные, разводные

Ключи гаечные

Ключи трубчатые

Ключи торцовые

Ключи имбусовые

Головки торцовые и принадлежности

Наборы инструмента

Верстаки, тиски, струбцины

Ножовки и полотна по металлу

Напильники, надфили

Ножницы по металлу

Болторезы, тросорезы

Биметаллические листы и плиты АО Энергометалл

Биметаллические плиты «сталь-титановые сплавы» предназначены для изготовления элементов теплообменных аппаратов и сосудов энергетического и химического машиностроения, электрохимических установок.

Плиты выпускаются в соответствии с действующими российскими и зарубежными стандартами и техническими условиями, в том числе ТУ 5.961-11772-2011 «Плиты биметаллические сталь-титан» (ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»), ASTM B898-2011, а также ТУ 1880-001-15190236-2011 «Плиты биметаллические «сталь-титан», изготовленные методом сварки взрывом» (разработаны ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» для АО «Энергометалл»).

Биметаллические плиты выпускаются с основным слоем из углеродистой, низколегированной стали, российского и зарубежного производства, с плакирующим слоем из титана марок ВТ1-0, ВТ1-00 по ГОСТ 19807-91, ASTM B-265 Gr.1, Gr.2.

Биметаллические плиты изготавливают в виде прямоугольных заготовок толщиной от 5 до 300 мм, шириной от 300 до 5000 мм, длиной от 400 до 9000 мм.

Толщина плакирующего слоя из титана может быть в пределах от 2 до 12 мм.

Крупногабаритные листы изготавливаются со сварным плакирующим слоем, в соответствии с указаниями и требованиями Заказчика, в частности по ОСТ В5Р. 95118-2001.

Технические условия ТУ 1880-001-15190236-2011 предусматривают повышенное, относительно прочих ТУ и стандартов, качество соединения, в том числе – сопротивление срезу не менее 200 Мпа и сопротивление отрыву не менее 180 Мпа (согласно ASTM B898-2011, сопротивление срезу не менее 137,9 Мпа).

Кроме повышенных параметров прочности, гарантируется сплошность не менее кл.1 по ГОСТ 22727-88.

По пожеланиям российских и зарубежных Заказчиков АО «Энергометалл» изготовил опытные образцы биметаллических плит на основе стали и специальных титановых сплавов. В частности, изготовлены образцы следующих композиций:

Сталь 09Г2С – титановый сплав ПТ3-В

Сталь 09Г2С – титановый сплав В265Gr.5

Сталь 09Г2С – титановый сплав В265Gr.12

Тройная композиция:

Сталь 09Г2С – титановый сплав В265Gr.1 — титановый сплав В265Gr.5

Высокие характеристики новых материалов подтверждены лабораториями ГНЦ ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», НИЛК «Политехтест» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета и лабораториями Заказчика.

Мы готовы разработать по требованию Заказчика новый вид продукции с применением титановых сплавов и разработать новые Технические условия на данный вид продукции.

Биметаллические коронки

Биметаллические коронки используются как в мастерских и стройплощадках, так и в домашних условиях. Применяются для работы с ручными дрелями, перфораторами и вертикальными сверлильными станками с ручной подачей.

  Биметаллические коронки Karnasch изготовлены из быстрорежущей стали высокого качества, легированной 8% кобальта. Инструмент получил высокопрочный несущий корпус, поэтому коронки с легкостью справятся с работой по металлу, нержавеющей стали, алюминию, цветным металлам, пластику, сэндвич панелям, пористым материалам, композитам, деревостружечным плитам, древесине с посторонними включениями, такими как гвозди.

  Прогрессивное расположение зубьев позволяет достичь при работе  высоких результатов. Зубья с переменным шагом 4/6 зуба на дюйм обеспечивают максимально возможную производительность и ресурс, а также равномерное резанье при небольших усилиях, низкую вибрацию и незначительное нагревание во время работы, что увеличивает срок службы коронки.

   Еще один плюс биметаллической коронки в том, что одну и ту же коронку можно использовать как на перфораторе, так и на дреле или даже на сверлильном станке. Для этого нужно просто заменить держатель.

Чтобы собрать коронку и применить ее к дрели, Вам потребуется:

1. Биметаллическая коронка (диаметром от 14 до 210мм)
2. Держатель для коронок с шестигранным хвостовиком диаметра 9,5мм (для коронок диаметром от 14 до 30мм и от 32 до 152мм) или 12,7мм (для коронок диаметром от 32 до 210мм)
3. Запасное центровочное сверло размером 6,35х80мм
4. Выталкивающая пружинка.

Чтобы собрать коронку и применить ее к перфоратору, Вам потребуется:

1. Биметаллическая коронка (диаметром от 14 до 210мм)
2. Держатель для коронок с хвостовиком SDS PLUS (для коронок диаметром от 14 до 30 мм или от 32 до 210мм)
3. Запасное центровочное сверло размером 6,35х80мм
4. Выталкивающая пружинка.

Чтобы собрать коронку и применить ее к сверлильному станку, Вам потребуется:

1. Биметаллическая коронка (диаметром от 14 до 210мм)
2. Адаптер для быстрозажимного патрона: Конус Морзе 2 или Конус Морзе 3 (в зависимости от Вашего станка)
3. Быстрозажимной патрон: ручной или трехкулачковый
4. Запасное центровочное сверло размером 6,35х80мм
5. Выталкивающая пружинка.

  Основными преимуществами биметаллической коронки являются:

• Глубина сверления до 40мм;
• Быстрая сборка и смена коронок разного диаметра – стабильная система;
• Сменное направляющее сверло (6,35х80мм) и выталкивающая пружинка;
• Высокая точность вращения по окружности;
• Положительный передний угол зубьев и угол резанья обеспечивают агрессивный режим обработки материала;
• Хорошее удаление стружки;
• Боковые прорези в коронке облегчают извлечение вырезанной части;
• Широкий ассортимент, диаметры от 14 до 210 мм.

  Коронки комплектуются держателем, удлинителем и направляющим сверлом. Они идеально подходят для электриков, сантехников, жестянщиков и слесарей.

  В случае если у Вас остались вопросы по биметаллическим коронкам специалисты компании Metaltool Вам с радостью помогут. Решайте Ваши задачи вместе с нами!

Биметаллические радиаторы отопления | Отопление дома и квартиры

 

Вступление

Здравствуйте. Тема этой статьи:  Биметаллические радиаторы отопления. По внешнему виду биметаллические радиаторы очень похожи на алюминиевые радиаторы. Смотря на них со стороны их практически невозможно отличить. Причина в этом очень проста, корпуса обоих типов радиаторов сделаны из алюминия.

Отличается биметаллический радиатор, своим внутренним устройством. В биметаллическом радиаторе, теплоноситель движется по стальным, а не по алюминиевым трубкам.

Чем это хорошо или плохо? Поясню. В алюминиевых радиаторах теплоноситель соприкасается с алюминием. Это значит, что кроме воды использовать другой теплоноситель в таких радиаторах нельзя. Антифриз и подобные теплоносители будут вступать в химическую реакцию, и окислять алюминий. Эта неприятность  не грозит биметаллическому радиатору. Стальные трубки биметаллического радиатора хорошо переносят любой не замерзающий теплоноситель, включая агрессивный антифриз.

Особенности биметаллических радиаторов

Биметаллические радиаторы относятся к конвективно-радиационному типу. Разделение по типу теплоотдачи 50% конвекция и 70% излучение.

Эти радиаторы секционные и их можно собрать из нескольких секций самостоятельно. Однако лучше в магазине покупать готовые, собранные радиаторы по рассчитанному количеству секций. Это надежнее, да и проще.

Стоит отметить, что биметаллическая батарея не имеет ограничений по максимальному давлению теплоносителя в системе. Вернее, теоретически такое ограничение есть, это рабочее давление в 30 Атм, но практически такое давление не возможно, ни в одной системе отопления. Поэтому, считается, что биметаллическая батарея не имеет ограничений по давлению.

Конечно, секция радиатора из биметалла, тяжелее чисто алюминиевого радиатора, но для практической установки это не имеет значение. Крепежи обоих типов радиаторов одинаковые.

Еще одним преимуществом радиатора из двух металлов, а именно это имеется в виду в названии типа радиатора-биметалл, это логичное соединение стальной трубы внутри радиатора и стальной трубы водопровода. Меньше переходников, меньше возможных протечек.

Поставка биметаллических радиаторов

В зависимости от фирмы производителя радиаторы из биметалла поставляются либо с четным, либо с нечетным  количеством секций.

Теплоотдача одной секции 145-220 Вт.

Высота радиаторов, тоже различна, есть высокие секции под большое расстояние под подоконником, есть и короткие секции, для небольших пространств под подоконником.

Понятно, что чем короче секция, тем меньше теплоотдача секции радиатора.

Расчет секций радиаторов отопления

Как всегда, приведу пример ориентировочного расчета нужного количества секций биметаллического радиатора.

Например, возьмем радиатор Sira rs 300, высотой 372 мм. Теплоотдача секции 145 Вт. Комната 18 метров, со всеми проблемами отопления: два окна, угловая квартира, правда, окна будут пластиковые, а значит, улучшена теплоизоляция. Потолок 2,65 метра.

Расчетное тепло для комнаты 100 Вт на 1 кв. метр при 3-х метровом потолке.

На 18 метров, в идеальных условиях теплоизоляции, нужно 1800 Вт.

В нашем примере в расчет включаются поправочные коэффициенты:  два окна – коэффициент 1,8, угловая квартира-1,8, пластиковые окна -0,8. Поправка на потолок: 2,65÷3=0,88.

Получаем: 1800×1,8×1,8×0,8×0,88=4105 Вт. Это нужная тепловая мощность для нашей комнаты.

Применимо к радиатору Sira rs 300, это 4105Вт÷145Вт=28 секций.

Кажется многовато, но если бы комната была с одним углом и не в углу здания. То нужно было бы, всего: 8 секций =1267 Вт÷145 Вт.

На этом про биметаллические радиаторы все!

©Obotoplenii.ru

Другие статьи раздела: Радиаторы

 

 

Определение биметаллических элементов по Merriam-Webster

би · метал · лик | \ Bī-mə-ˈta-lik \

2 : состоит из двух разных металлов — часто используются устройства, в которых два металла, которые по-разному расширяются, связаны друг с другом.

Биметаллический элемент стандартного разрешения

Что такое биметаллический эталон?

Биметаллический стандарт или биметаллизм — это денежная система, в которой правительство признает монеты, состоящие как из золота, так и из серебра, в качестве законного платежного средства. Биметаллический стандарт поддерживает валютную единицу с фиксированным соотношением золота и / или серебра.

Соотношение монетного двора или соотношение золото / серебро — это цена унции золота, деленная на цену унции серебра, и представляет собой обменный курс между двумя драгоценными металлами. В системе биметаллистов соотношение монетного двора будет устанавливаться государством по определенному обменному курсу, который может время от времени корректироваться в зависимости от рыночных сил.

Ключевые выводы

• Правительства, официально признающие как золотые, так и серебряные монеты законным платежным средством, следуют биметаллическому стандарту как своей денежной системе.
• Центральные банки отвечали за установление или фиксацию соотношения золото / серебро в условиях биметаллизма, что обеспечивало стабильность валютных рынков.
• Согласно золотому стандарту, только золото является законным платежным средством, и соотношение цены золота и серебра свободно колеблется.
• Биметаллический эталон недолго использовался Соединенными Штатами в первые годы существования республики до гражданской войны.

Как работает биметаллический стандарт

Биметаллический стандарт был впервые использован в США в 1792 году как средство контроля стоимости денег.Например, в 18 веке в Соединенных Штатах одна унция золота равнялась 15 унциям серебра. Следовательно, в серебряных монетах стоимостью 10 долларов будет в 15 раз больше серебра (по весу), чем в золотых монетах на 10 долларов. Достаточное количество золота и серебра хранилось в резервах для поддержки бумажной валюты. Этот биметаллический стандарт использовался до гражданской войны, когда в Законе о возобновлении производства 1875 года было указано, что бумажные деньги можно конвертировать в золото.

Сторонники биметаллического стандарта утверждали, что он неуклонно увеличивает денежную массу, что стабилизирует экономику.Золотая лихорадка конца 19 века, увеличившая предложение золота, положила конец этому аргументу и фактически превратила его в исторический и академический аргумент.

Экономист Милтон Фридман считал, что отмена биметаллического стандарта повысила волатильность финансовых рынков больше, чем если бы США оставались на биметаллической системе.

Хотя официально принятое соотношение серебра и золота 15: 1 точно отражало рыночное соотношение в то время, после 1793 года стоимость серебра неуклонно снижалась, вытесняя золото из обращения, согласно закону Грешема.Это денежный принцип, гласящий, что «плохие деньги вытесняют хорошие», что означает, что люди предпочтут копить золото и использовать в обмен серебряную валюту, даже если у них одинаковая номинальная стоимость. В результате золотые монеты становятся относительно редкими и, следовательно, более ценными, несмотря на их заявленную стоимость.

Биметаллизм против золотого стандарта

Золотой стандарт — это фиксированный денежный режим, при котором государственная валюта является фиксированной и может свободно конвертироваться только в золото.При золотом стандарте не существует заранее установленного соотношения между золотом и серебром, и цена серебра по отношению к золоту по существу свободно колеблется на рынке.

После Второй мировой войны Бреттон-Вудское соглашение вынудило страны-союзники принять доллар США в качестве резерва, а не золото, и правительство США обязалось хранить достаточно золота для обеспечения своих долларов. В 1971 году администрация Никсона прекратила конвертацию долларов США в золото, создав режим фиатной валюты. Золотой стандарт в настоящее время не используется ни одним правительством.Великобритания прекратила использование золотого стандарта в 1931 году, а США последовали его примеру в 1933 году и отказались от остатков системы в 1973 году.

Amazon.com: Биметаллическая полоса Ajax Scientific HE020-0000, длина 250 мм x ширина 10 мм: Industrial & Scientific

---

Цена:

12 долларов. 39 + Без залога за импорт и $ 17,86 за доставку в Российскую Федерацию Подробности

Материал	Металл
Марка	Ajax Scientific
Вес предмета	1 унция

---

• Убедитесь, что это подходит введя номер вашей модели.
• Чтобы продемонстрировать неравномерное расширение двух разных металлов, произведите резкий изгиб при нагревании стержня.
• Металлическая полоса вставлена ​​в деревянную ручку.
• Измеряет длину 250 миллиметров на ширину 10 миллиметров.

]]>

---

Характеристики данного продукта

Фирменное наименование	Ajax Scientific
Компоненты в комплекте	Биметаллическая полоса
Вес изделия	1 унция
Длина	250 миллиметров
Материал	Металл
Номер модели	HE020-0000
Кол-во позиций	1
Номер детали	HE020-0000
Код UNSPSC	56140000
Ширина	10 миллиметров

---

Преодоление несмешиваемости с библиотекой биметаллических катализаторов

Реферат

Биметаллические соединения становятся важными материалами, которые часто обладают отличными химическими свойствами от монометаллических. Однако доступ к гомогенно легированным биметаллическим материалам ограничен из-за термодинамической несмешиваемости составляющих элементов. Преодоление присущей биметаллическим системам несмешиваемости привело бы к созданию биметаллической библиотеки с уникальными свойствами. Здесь мы представляем стратегию неравновесного синтеза для решения проблемы несмешиваемости в биметаллических материалах. В качестве доказательства концепции мы синтезируем широкий спектр гомогенно легированных биметаллических наночастиц на основе меди независимо от термодинамической несмешиваемости.Неравновесные биметаллические наночастицы далее исследуются в качестве электрокатализаторов для восстановления монооксида углерода при коммерчески значимых плотностях тока (> 100 мА · см ⁻² ), в которых Cu _0,9 Ni _0,1 демонстрирует наивысшую фарадеевскую эффективность мультикаглерода ~ 76%. с плотностью тока ~ 93 мА · см ⁻² . Способность преодолевать термодинамическую несмешиваемость в мультиметаллическом синтезе дает свободу разрабатывать и синтезировать новые функциональные наноматериалы с желаемым химическим составом и каталитическими свойствами.

ВВЕДЕНИЕ

Биметаллические наночастицы вызывают широкий интерес в различных областях ( 1 , 2 ), особенно в гетерогенных каталитических реакциях, таких как окисление CO ( 3 ), риформинг углеводородов ( 4 ) и преобразование CO ₂ на топливо и химикаты ( 5 ). В отличие от монометаллических материалов, биметаллические наночастицы часто демонстрируют уникальные каталитические свойства, недоступные только для составляющих их металлов ( 6 ).Например, многочисленные биметаллические катализаторы на основе Ni, модифицированные такими металлами, как Au и Pt, продемонстрировали большую стойкость к осаждению углерода по сравнению с чистым Ni при сухом реформинге метана ( 4 , 7 ). Тем не менее, определение происхождения улучшения характеристик в биметаллических системах остается фундаментальной проблемой в катализе, в основном из-за сложной природы наноструктурированных биметаллических частиц. Многие факторы, такие как химическая природа составляющих металлов, размер частиц и наноразмерное расположение двух составляющих металлов, могут играть важную роль в определении физико-химических свойств ( 2 ), что по своей сути затрудняет корреляцию структуры и каталитическое поведение ( 8 , 9 ). Следовательно, для минимизации неоднородности биметаллических катализаторов необходим общий метод синтеза, который может приготовить широкий набор однородно легированных биметаллических наночастиц с идентичной структурой.

Однако многие биметаллические системы не существуют как гомогенные сплавы, демонстрируя большие промежутки смешиваемости на фазовых диаграммах из-за их положительной теплоты смешения. Например, с помощью традиционных методов, таких как индукция, одновременное термическое разложение, рост, опосредованный зародышами, и гальваническое замещение, биметаллические структуры обычно ограничиваются их термодинамически благоприятными структурами, а синтезы имеют тенденцию давать ядро-оболочку или другие гетероструктуры ( 1 , 2 , 10 ).Хотя некоторые нетрадиционные методы, такие как γ-облучение ( 11 ), искровой разряд ( 12 ), импульсная лазерная абляция ( 13 ) и поверхностный плазмонный резонанс ( 14 ), были исследованы для смешивания несмешивающихся элементов. эти методы зависят от экстремальных условий и сложных процессов или применимы только к конкретным биметаллическим системам.

Здесь мы сообщаем о неравновесной синтетической стратегии для преодоления несмешиваемости биметаллических материалов и использования биметаллических материалов на основе Cu (Cu-X) в качестве доказательства концепции, демонстрирующей успешное смешение биметаллических материалов с целью создания библиотеки гомогенно легированных биметаллических наночастиц.Согласно бинарным фазовым диаграммам ( 15 ), Cu термодинамически смешивается с металлами, такими как Pd, Zn и т. Д., Но не смешивается с другими металлами, такими как Ag, Ni, Sn, In и т. Д., В составе Cu _{. 0,9} X _0,1 при комнатной температуре (указано на рис. 1). За исключением этих легко смешиваемых систем, Cu не сплавляется с большинством металлов с помощью обычных методов биметаллического синтеза, а образует различные сегрегированные по фазе структуры, как показано на рис. 1 ( 16 ). Например, поскольку Cu и Ag не смешиваются почти во всех соотношениях при комнатной температуре, за исключением нескольких частично легированных биметаллических соединений Cu-Ag ( 5 , 17 , 18 ), биметаллические соединения Cu-Ag обычно разделены по фазам. как ядро-оболочка, полумесяц или другие гетероструктуры, а не как однородно смешанные ( 19 — 21 ).

Рис. 1 Синтез биметаллических наночастиц традиционными и неравновесными методами.

При использовании обычных методов биметаллического синтеза только легко смешивающиеся металлы (показаны зеленым) могут смешиваться с Cu, в то время как другие (показаны красным) образуют сегрегированные по фазе структуры (такие как ядро-оболочка). Напротив, посредством неравновесного синтеза Cu и другие металлы (X) могут быть кинетически захвачены гомогенно смешанными наночастицами, независимо от их термодинамической смешиваемости.Смешиваемость Cu и X, указанная на левой панели, изображена в соответствии с бинарными фазовыми диаграммами с составом Cu _0,9 X _0,1 ( 15 ).

Тем не менее, неравновесный синтез позволяет нам свободно смешивать Cu почти со всеми обычными металлами в гомогенные биметаллические наночастицы без ограничений. Затем мы используем набор биметаллических наночастиц Cu-X для проверки новых катализаторов электрохимического восстановления монооксида углерода (COR) и изучения роли вторичных металлов.Среди различных биметаллических соединений Cu-X, Cu-Ag и Cu-Ni, которые имеют разрывы смешиваемости на их объемных фазовых диаграммах, но гомогенно перемешиваются в результате этого неравновесного синтеза, демонстрируют исключительно высокую фарадеевскую эффективность (FE) мультикаглода (C ₂₊ ) продукты при высоких плотностях тока по сравнению с чистой Cu. Этот неравновесный синтез позволяет нам создать библиотеку легированных биметаллических частиц, которая не только обеспечивает идеальную платформу для изучения роли вторичных металлов в представляющих интерес реакций, но также дает доступ к ряду новых биметаллических материалов, которые невозможно синтезировать обычными методами.

РЕЗУЛЬТАТЫ

При типичном неравновесном синтезе биметаллических наночастиц Cu-Ag мы диспергировали прекурсоры двух металлов [Cu (NO ₃ ) ₂ и AgNO ₃ ] на углеродной подложке [например, углеродные нановолокна ( УНВ) с большим количеством поверхностных дефектов и функциональных групп] и обрабатывали материал ультракоротким импульсом тока (подробнее см. Материалы и методы) (рис. S1). Нагрев углеродной подложки, создаваемый импульсом тока, вызывает быстрый тепловой удар> 1300 ° C, который длится всего 0.2 с, быстро гаснет до комнатной температуры после прекращения подачи тока (рис. 2А). Предшественники металлов быстро разлагаются во время высокотемпературного удара и образуют атомы Cu и Ag, смешанные вместе, за счет энтропии их смешения при высокой температуре. Из-за малой продолжительности теплового удара (~ 0,2 с) атомы Cu и Ag не могут диффундировать на большое расстояние с образованием полностью термодинамически уравновешенной фазы, а вместо этого кинетически захватываются поверхностными дефектами и функциональными группами углеродной подложки, образуя однородные биметаллические наночастицы. Мы наблюдали однородность морфологии и размера полученных биметаллических наночастиц Cu-Ag (Cu _0,9 Ag _0,1 ) с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) и просвечивающей электронной микроскопии (TEM) (рис. 2, B — D). ). Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDS) в сочетании с SEM (рис. S1) подтверждает наличие Cu и Ag в наночастицах, показывая согласованный состав, как и было задумано. Содержание металла в биметаллическом элементе Cu-Ag на подложке составляет 17 мас.% (Мас.%) На основе термогравиметрического анализа (рис.S2). Измерение ПЭМ показывает, что наночастицы Cu _0,9 Ag _0,1 имеют средний диаметр 16,7 нм с очень узким распределением по размерам (рис. 2E). Напротив, наночастицы Cu _0,9 Ag _0,1 , полученные с теми же прекурсорами, но с помощью обычного термического отжига в печи (1000 ° C в токе аргона в течение 1 часа), показывают гораздо больший размер частиц (рис. S3). Другой уникальной особенностью высокотемпературного ударного синтеза является то, что полученные наночастицы не содержат поверхностно-активных веществ или других остатков на поверхности, что имеет решающее значение для фундаментальных исследований гетерогенного катализа.

Рис. 2 Неравновесный синтез биметаллических наночастиц на основе меди.

( A ) Изменение температуры в процессе быстрого теплового удара. Врезка: тепловизионное изображение подложки через 0,1 с во время высокотемпературного удара. ( B и C ) СЭМ и ( D ) ПЭМ изображения наночастиц Cu _0,9 Ag _0,1 на УНВ. ( E ) Распределение диаметров частиц наночастиц Cu _0,9 Ag _0,1 по ПЭМ-изображению.( F ) STEM-изображение высокого разрешения наночастиц Cu _0,9 Ag _0,1 , диспергированных на УНВ. Изображение HAADF-STEM и соответствующее элементное отображение EDS ( G ) Cu _0,9 Ag _0,1 , ( H ) Cu _0,9 Ni _0,1 , ( I ) Cu _0,9 Sn _0,1 , ( J ) Cu _0,9 In _0,1 и ( K ) Cu _0,9 Pd _0,1 . Масштабные линейки, 5 нм (от G до K).

Далее мы исследовали кристаллическую структуру наночастиц Cu _0,9 Ag _0,1 , синтезированных неравновесным методом. Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (STEM; рис. 2F) показывает, что неравновесный биметаллический сплав Cu _0,9 Ag _0,1 имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую структуру, аналогичную монометаллической Cu и Ag, с шагом d ₍₁₁₁₎ 2,20 Å. Ровный Z-контраст на STEM-изображении (рис.2F) указывает на однородное случайное смешение атомов Cu и Ag без фазовой сегрегации в ядро-оболочку или другие гетероструктуры. Неравновесный синтезированный Cu _0,9 Ag _0,1 (термический удар) не показал сегрегированных фаз на профиле дифракции рентгеновских лучей (XRD) порошка (рис. S4), тогда как равновесная структура Cu _0,9 Ag _0,1 (обычным термическим отжигом) показал заметную фазовую сегрегацию Cu и Ag. Фазовая сегрегация уравновешенной Cu _0.9 Ag _0,1 четко наблюдается на элементном картировании EDS (рис. S5), где Ag отделен от поверхности. Однако в результате неравновесного синтеза атомы Cu и Ag в наночастицах Cu _0,9 Ag _0,1 равномерно распределяются по всей наночастице, что подтверждается элементным картированием EDS (рис. 2G и дополнительными картами EDS наночастиц на рис. S6). Сканирование линии EDS для различных наночастиц Cu _0,9 Ag _0,1 (рис. S7) дополнительно подтверждает равномерное распределение Cu и Ag в наночастицах, полученных неравновесным методом.Чтобы исследовать термостабильность биметаллических наночастиц Cu _0,9 Ag _0,1 , мы выполнили in situ ПЭМ и линейное сканирование EDS с использованием нагревательного устройства in situ. Как показано на рис. S8, Cu и Ag оставались однородными при комнатной температуре, 250 ° C и 500 ° C. При нагревании частицы выше 750 ° C атомы Ag диффундировали к поверхности. Следовательно, гомогенное перемешивание биметаллических наночастиц путем кинетического захвата является термически стабильным до ~ 500 ° C.

В дополнение к Cu _0.9 Ag _0,1 наночастицы, прочие Cu _0,9 X _0,1 биметаллические соединения, такие как Cu _0,9 Ni _0,1 , Cu _0,9 Sn _0,1 , Cu _0,9 In _0,1 , Cu _0.9 Pd _0.1 и Cu _0.9 Zn _0.1 . В то время как Ni, Sn и In не смешиваются с Cu в исследуемом составе (Cu _0,9 X _0,1 ), согласно их бинарным фазовым диаграммам ( 15 ), мы успешно получили однородную Cu _0.9 X _0,1 биметаллических наночастиц с использованием подхода неравновесного синтеза (см. Изображения SEM и TEM на фиг. S9 – S13). Однородность полученных наночастиц Cu _0,9 X _0,1 подтверждается STEM-анализом в высокоугловом кольцевом темном поле (HAADF) и соответствующим распределением элементов Ni, Sn, In и Pd с использованием EDS (рис. От H до K). Легированные структуры биметаллического сплава Cu _0,9 X _0,1 дополнительно подтверждаются методом XRD (рис.S14). Наночастицы Cu _0,9 X _0,1 показали аналогичные дифракционные картины со стандартной Cu со сдвигом пиков по сравнению с чистой Cu из-за легирования Cu и X и изменения параметров решетки. Никакая сегрегированная фаза вторичного металла не наблюдалась в профилях XRD Cu _0,9 X _0,1 , демонстрируя, что высокотемпературный ударный синтетический подход является мощным методом преодоления ограничения смешиваемости в биметаллических материалах.

Мы также исследовали, можно ли настроить соотношение между двумя составляющими элементами в высокотемпературном ударном синтезе.Cu-Ag был выбран в качестве модельной системы (из-за его большой несмешиваемости) и трех различных составов биметаллических образцов Cu-Ag (т.е. Cu _0,9 Ag _0,1, Cu _0,8 Ag _0,2 и Cu _0,5 Ag _0,5 ). СЭМ- и ПЭМ-изображения Cu _0,9 Ag _0,1 , Cu _0,8 Ag _0,2 и Cu _0,5 Ag _0,5 (рис. 2, B — D и рис. S15 и S16) показывают одинаковый размер и морфология частиц во всех трех биметаллических соединениях Cu-Ag.Изображения STEM с высоким разрешением (рис. 3, A и B) подтверждают, что все три материала Cu-Ag имеют схожую кристаллическую структуру с ГЦК-решеткой. Расстояние d ₍₁₁₁₎ сплава Cu _{1- x} Ag _x ( x = 0,1, 0,2 и 0,5) составляет 2,20, 2,25 и 2,29 Å соответственно. между промежутками d ₍₁₁₁₎ металлов Cu и Ag. Значения интервалов выше, чем те, которые предсказываются законом Вегарда, но демонстрируют тенденцию к увеличению с увеличением содержания Ag в наночастицах сплава Cu _{1- x} Ag _x .Хотя все три биметаллических соединения Cu-Ag являются термодинамически несмешиваемыми (рис. 3C), получаются гомогенно легированные биметаллические наночастицы Cu-Ag (рис. 2G и 3, D и E), что свидетельствует о том, что атомное соотношение в биметаллических соединениях можно легко настроить в зависимости от неравновесный синтез.

Рис. 3 Биметаллические сплавы Cu-Ag различного состава.

Изображение STEM с высоким разрешением типичного ( A ) Cu _0,8 Ag _0,2 и ( B ) Cu _0.5 Ag _0,5 наночастиц. ( C ) Объемная фазовая диаграмма Cu-Ag, на которой биметаллические соединения Cu _1-x Ag _x в этой работе попадают в зазор смешиваемости. Фазовая диаграмма Cu-Ag воспроизведена из ( 15 ). Авторское право 2010, ASM International. Изображения HAADF-STEM и элементное картирование EDS для наночастиц ( D ) Cu _0,8 Ag _0,2 и ( E ) Cu _0,5 Ag _0,5 . Масштабные линейки, 5 нм. Моделирование структуры Cu _0.5 Ag _0,5 наночастица и статистический анализ усредненного состава ближайших соседей (NN), окружающих атомы Cu и Ag, после моделирования методом MD / MC при 25 ° C, в котором была предпринята попытка одного пробного шага MC ( F ) каждые 1 фс для моделирования достаточной диффузии для термодинамического равновесия и ( G ) каждые 10 пс для моделирования ограниченной диффузии и кинетического захвата.

Чтобы понять формирование однородно смешанных биметаллических наночастиц Cu-Ag, мы провели атомистическое моделирование с использованием Cu _0.5 Ag _0,5 как типичная несмешивающаяся система. Мы моделировали биметаллическую систему Cu _0,5 Ag _0,5 кубооктаэдрической наночастицей размером 5 нм, содержащей 4033 атома Cu ₂₀₁₇ Ag ₂₀₁₆ в ГЦК решетке. Отбор проб методом Монте-Карло (MC) при высокой температуре (1000 ° C) был выполнен для обнаружения состояния с низкой энергией. Исходя из атомно-дисперсных частиц, разложившихся из гомогенно смешанных предшественников нитрата металла, атомная конфигурация наночастицы после моделирования MC была закалена до комнатной температуры (рис.S17), без дальнего химического упорядочения, такого как фазовая сегрегация. Чтобы оценить стабильность наночастиц при комнатной температуре, мы дополнительно выполнили моделирование связанной молекулярной динамики (МД) / МК при 25 ° C (подробности см. В разделе «Материалы и методы»). Мы исследовали структуру смоделированной наночастицы Cu-Ag в различных условиях диффузии (предлагая один пробный шаг MC каждые n временных шагов MD), рассчитав усредненный состав узлов решетки первых ближайших соседей вокруг Cu и Ag (рис. .S18). В состоянии термодинамического равновесия (моделируется с n = 1 фс, достаточная диффузия) примерно 88% ближайших соседних атомов вокруг Cu являются атомами Cu, и, аналогично, Ag имеет более высокое сродство к атомам Ag (рис. 3F). , что указывает на фазовое расслоение Cu и Ag. Равновесная структура наночастиц Cu-Ag сегрегирована по фазам (ядро Cu и структура оболочки Ag, как показано на вставке на рис. 3F), что хорошо согласуется с большинством известных наноструктур Cu-Ag, синтезированных равновесными методами ( 19 , 20 ).Напротив, при использовании неравновесного синтеза, описанного в этой работе, закаленная наночастица Cu-Ag была кинетически захвачена, что позволило ограничить диффузию ( n = 10 пс). В результате средняя вероятность соседних пар Cu-Cu, Ag-Ag и Cu-Ag приблизительно равна 0,5 (рис. 3G), что указывает на однородное смешение атомов Cu и Ag в Cu _0,5 Ag _0.5 биметаллическая наночастица. Таким образом, результаты нашего моделирования подтверждают, что неравновесный синтез может захватывать биметаллическую смесь в гомогенные наночастицы (рис.3G, вставка), которые стабильны при комнатной температуре из-за ограниченной диффузии.

Синтезированные неравновесные биметаллические наночастицы Cu-X дополнительно исследуются в качестве электрокатализаторов для восстановления монооксида углерода (COR). Электрохимическое восстановление CO ₂ (CO ₂ R) или CO ₂ -производного CO особенно привлекательно для устойчивых химических производств, потому что при питании от возобновляемой электроэнергии весь процесс не выделяет парниковых газов CO ₂ (иногда даже при отрицательном выбросе CO ₂ ) ( 22 — 25 ).Хотя много усилий было направлено на разработку биметаллических катализаторов Cu-X для продуктов C ₂₊ в CO ₂ R / COR, всестороннее понимание корреляции структура-свойство в значительной степени отсутствует из-за сильно гетерогенной природы Cu-X биметаллические наноматериалы (такие как ядро-оболочка и фазовая сегрегация). Здесь вновь синтезированные гомогенно легированные образцы Cu-X позволяют нам экранировать большой набор биметаллических материалов с различным составом, но с почти идентичной наноструктурой.

Эксперименты COR проводились в 1 М гидроксиде калия (КОН) с использованием трехкамерного проточного электролизера (рис. S19) ( 25 ). Высокая плотность тока (> 100 мА · см ⁻² ) достигается для всех биметаллических соединений Cu _0,9 X _0,1 и катализаторов из чистой меди (рис. S20). Как показано на фиг. 4A, основными продуктами COR являются ацетат и этилен, а второстепенными продуктами являются пропанол, этанол и метан (см. Рисунки S21 и S22 и таблицы S1 и S2 для подробностей).По сравнению с чистой Cu, Cu _0,9 Ni _0,1 и Cu _0,9 Ag _0,1 демонстрируют заметно улучшенные продукты C ₂₊ и подавленные продукты H ₂ FE, в то время как Cu _0,9 Sn _0,1 имеет отрицательный эффект и другие металлы имеют минимальный эффект. Тенденция сохраняется в широком диапазоне приложенных потенциалов (рис. S23 и S24). В частности, Cu _0,9 Ni _0,1 показывает улучшение на ~ 20% в C ₂₊ FE, показывая самое высокое подавление C ₂₊ FE ~ 76 и ~ 40% в H ₂ FE по сравнению с этим Cu. Примечательно, что Cu _0,9 Ni _0,1 демонстрирует исключительно высокий максимальный FE ацетата ~ 47% с удельной плотностью тока ~ 93 мА · см ^-2 , что является одним из самых высоких значений, зарегистрированных на сегодняшний день для образования ацетата в COR в литературе (рис. 4В и таблица S3) ( 25 — 29 ).

Рис. 4 Экран биметаллического катализатора для COR.

( A ) КЭ чистой Cu и различных Cu _0,9 X _0,1 биметаллических катализаторов при -0.70 ± 0,01 В по сравнению с RHE. ( B ) Ацетатный FE и плотности тока биметаллических Cu-X и Cu катализаторов в этой работе по сравнению с современными катализаторами в COR в 1 M KOH / NaOH ( 25 — 29 ) . ( C ) КЭ биметаллических соединений Cu _1-x Ag _x с различным соотношением атомов и чистой Cu при -0,70 ± 0,01 В по сравнению с RHE. ( D ) Соотношение КЭ C ₂₊ / C ₁ и КЭ C ₂₊ биметаллических соединений Cu _1-x Ag _x с различным соотношением атомов и чистой Cu при -0. 70 ± 0,01 В по сравнению с RHE.

Чтобы сравнить собственные скорости реакции различных биметаллических соединений с чистой Cu, плотности тока были нормированы на электрохимически активную площадь поверхности (ECSA) (рис. S25 и S26). Мы отмечаем, что нормированная по ECSA активность биметаллических соединений в COR является консервативной оценкой, поскольку не все участки металла, как ожидается, будут активными. Тем не менее, собственные скорости реакции биметаллических катализаторов были либо сопоставимы, либо слегка увеличены, что указывает на промотирующую роль вторичных металлов в Cu.Кроме того, разделенные по фазе Cu _0,9 Ni _0,1 и Cu _0,9 Ag _0,1 , полученные посредством обычного термического отжига, были оценены в COR, чтобы проиллюстрировать влияние моделей смешения (рис. S27 и таблица S4). По сравнению с однородно смешанными сплавами, сегрегированные по фазе сплавы имеют более высокий H ₂ и более низкий C ₂₊ FE (рис. S28 и S29). Металлы, такие как Ni и Ag, как отдельные металлы, являются плохими катализаторами в COR ( 30 ), и синергетический эффект на биметаллические соединения реализуется, когда взаимодействие между Cu и вторичным металлом максимизируется за счет гомогенного перемешивания.

Чтобы исследовать происхождение улучшенных характеристик на гомогенной Cu _0,9 Ni _0,1 и Cu _0,9 Ag _0,1 , мы использовали in situ спектроскопию расширенного инфракрасного поглощения с ослабленным полным отражением поверхности (ATR-SEIRAS). Сила адсорбции CO отражается на положении пика адсорбции CO ( 31 ), а исследование in situ ATR-SEIRAS при -0,4 В по сравнению с обратимым водородным электродом (RHE) показывает адсорбционную силу CO различных катализаторов при Рабочее состояние COR (рис.S30). Спектры показывают смещение центра полосы адсорбированного CO от 2053 см ^-1 на Cu до гораздо более низких 2040 см ^-1 на Cu _0,9 Ni _0,1 . Сдвиг пика в сторону более низкого волнового числа указывает на усиление адсорбции CO на Cu _0,9 Ni _0,1 . Поскольку Ni имеет более сильную энергию связи CO, чем Cu, а модификация электронной структуры биметаллических катализаторов обычно зависит от свойств вторичного металла ( 32 ), включение Ni, вероятно, усиливает взаимодействие между адсорбатом и поверхностью катализатора.Напротив, Cu _0,9 Ag _0,1 демонстрирует центр полосы, аналогичный центру полосы Cu при 2052 см ^-1 , несмотря на аналогичные улучшенные характеристики. Хотя более сильная энергия связи CO может быть ответственной за улучшенные характеристики Cu _0,9 Ni _0,1 , необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить причину повышения производительности Cu _0,9 Ag _0,1 в COR.

Неравновесный синтез, который позволяет свободное смешивание несмешивающихся элементов в любом составе, позволяет нам исследовать влияние состава несмешивающихся биметаллических соединений на катализ, которое не может быть достигнуто с помощью обычных методов. Например, Кенис с соавторами ( 5 ) и Белл с соавторами ( 17 ) сообщили о повышенной селективности в отношении продуктов C ₂₊ в CO ₂ R с использованием сплавов Cu-Ag, синтезированных с помощью электродуговой сварки и электродуговой сварки. гальваническое замещение и электроосаждение соответственно. Однако из-за ограничений этих способов синтеза эти катализаторы были либо разделены по фазе, либо частично легированы, что оставляло понимание взаимосвязи состава и свойств неполным. Таким образом, мы исследовали влияние биметаллического состава Cu-Ag на COR, чтобы восполнить этот пробел в знаниях (см. Рис.S31 и S32 и таблицы S1 и S5 для более подробной информации). Как показано на фиг. 4C, продукты COR и FE H ₂ заметно различаются в зависимости от различных концентраций Ag. Общий COR FE увеличивается с уменьшением концентрации Ag от Cu _0,5 Ag _0,5 до Cu, за исключением Cu _0,9 Ag _0,1 , который показывает самый высокий FE C ₂₊ , в то время как для H ₂ FE. Тенденция сохраняется в широком диапазоне приложенных потенциалов (рис.S33 и S34). Мы также сообщаем о нормированных ECSA плотностях тока (рис. S35 и S36), а собственные скорости реакции немного улучшены для биметаллических соединений Cu-Ag.

В то время как отношение продукта C ₂₊ к продукту C ₁ уменьшается с увеличением концентрации Ag, самый высокий уровень C ₂₊ FE был достигнут на Cu _0,9 Ag _0,1 (рис. 4D). Как свидетельствует тенденция к увеличению CH ₄ FE с увеличением концентрации Ag (рис. S37), присутствие атомов Ag препятствует способности Cu димеризовать промежуточные соединения CO и способствует образованию CH ₄ .Это согласуется с предыдущим исследованием, предполагающим, что связывание C-C предпочтительнее на соседних сайтах Cu ( 33 ). Напротив, ожидается, что взаимодействие между Cu и Ag будет увеличиваться с увеличением концентрации Ag, что приведет к большей модификации свойств Cu. В совокупности эти результаты предполагают, что геометрические и электронные эффекты конкурируют друг с другом в биметаллических катализаторах Cu-Ag, и лучшая производительность достигается с Cu _0,9 Ag _0,1 , когда существует оптимальный баланс.Мы предполагаем, что для разработки эффективных катализаторов для продуктов C ₂₊ жизненно важно включать оптимальное количество вторичного металла при сохранении соседних центров Cu. Выяснение взаимосвязи структура-свойства биметаллических соединений Cu-Ag в COR, которая отсутствовала из-за несмешиваемости биметаллических соединений Cu-Ag, стало возможным благодаря этому уникальному неравновесному методу синтеза.

Чтобы оценить стабильность неравновесных биметаллических катализаторов, мы провели эксперимент COR с постоянным током при 100 мА см ⁻² в течение 3 часов с использованием Cu _0.9 Ag _0,1 и Cu _0,9 Ni _0,1 в качестве катализаторов (рис. S38). FE и приложенные потенциалы были стабильными для обоих катализаторов в течение 3 часов. Структурную стабильность также исследовали с помощью изображений HAADF-STEM и соответствующего элементного картирования катализаторов EDS после испытания стабильности. Небольшая часть наночастиц Cu _0,9 Ag _0,1 становится сегрегированной по фазе с Ag на поверхности (из-за более низкой поверхностной энергии Ag), тогда как большая часть остается однородно перемешанной (рис.S39). Для Cu _0,9 Ni _0,1 не было признаков сегрегации фаз после COR (рис. S40). Хотя мы наблюдаем небольшое указание фазовой сегрегации на Cu _0,9 Ag _0,1 , эти результаты предполагают, что большинство катализаторов Cu _0,9 Ag _0,1 и Cu _0,9 Ni _0,9 катализаторов остаются гомогенными в условиях реакции. .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы демонстрируем способность неравновесной синтетической стратегии преодолеть несмешиваемость биметаллических соединений на основе меди. В качестве доказательства концепции мы успешно подготовили коллекцию однородных сплавов Cu-X, включая «несмешивающиеся» комбинации, такие как Cu-Ag, для создания библиотеки биметаллических материалов, которые позволяют систематически изучать роль вторичных металлов и проводить скрининг. различных биметаллических соединений Cu-X в COR при коммерчески значимых плотностях тока. Среди различных сплавов Cu-X, Cu _0,9 Ni _0,1 и Cu _0,9 Ag _0,1 продемонстрировали повышенный FE по отношению к продуктам C ₂₊ .В частности, Cu _0,9 Ni _0,1 показал самый высокий FE продукта C ₂₊ ~ 76%, что на ~ 20% выше, чем у Cu. Cu _0,9 Ni _0,1 также продемонстрировал исключительно высокий максимальный ацетатный FE ~ 47% с удельной плотностью тока ~ 93 мА · см ^-2 , что является одним из самых высоких значений, о которых сообщалось на сегодняшний день. Кроме того, мы выяснили взаимосвязь структуры и свойств биметаллических соединений Cu-Ag и обнаружили, что включение оптимального количества вторичного металла при сохранении соседних центров Cu имеет важное значение для эффективной конструкции катализатора для COR. Стратегия неравновесного синтеза не должна ограничиваться биметаллическими соединениями на основе меди и может быть распространена на другие биметаллические системы или системы оксидов металлов. Вместе с машинным обучением на основе искусственного интеллекта новый синтетический метод сделает возможными быструю проверку катализаторов и рациональное проектирование.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Синтез

Процесс неравновесного синтеза был реализован с использованием высокотемпературного ударного метода на подложках CNF, как впервые продемонстрировали Чен и др. .в 2016 году ( 34 ). УНВ получали электроформованием полиакрилонитрила. Раствор полиакрилонитрила в диметилформамиде (10 мас.%) Был электроспряден из шприца со скоростью 1 мл час ^-1 , контролируемой перистальтическим насосом. Игла шприца помещалась на расстоянии 15 см от вращающейся алюминиевой фольги, между которыми подавалось высокое напряжение 10 кВ. Мат из полиакрилонитриловых нановолокон после формования отделяется от алюминиевой фольги после электропрядения и прокаливается на воздухе при 260 ° C в течение 5 часов, затем карбонизируется в потоке аргона при 900 ° C в течение 2 часов и, наконец, обрабатывается в потоке CO ₂ . при 750 ° C в течение 2 часов для получения УНВ.

Для приготовления биметаллических наночастиц Cu-X (X = Ag, Ni, Sn и т. Д.) Мат из CNF прикрепляли между двумя электродами из Cu с помощью серебряной пасты. Растворы предшественников Cu и X (0,05 М нитратная соль, растворенная в этаноле) смешивали и диспергировали в подложке CNF. Затем материал сушили при 80 ° C и перемещали в перчаточный бокс, заполненный аргоном. Внешний источник питания (Keithley 2425), подключенный к медным электродам, использовался для создания быстрого импульса тока (0,2 с) через подложку CNF.Джоулев нагрев, индуцированный импульсом тока, мгновенно повышал температуру УНВ (сопровождаясь излучением света), а затем быстро гасился после окончания импульса тока. Нитраты металлов разложились во время высокотемпературного удара, а после быстрой закалки были смешаны и захвачены биметаллическими наночастицами.

Характеристика

Температурное изменение во время синтеза высокотемпературного удара было измерено путем записи пирометрии цветового отношения с использованием высокоскоростной камеры Vision Research Phantom Miro M110 (2000 кадров в секунду). Для расчета температуры была применена модель серого тела, подставленная в закон Планка и интегрированная по всему спектру, к которому камера была чувствительна. MATLAB использовался для извлечения необработанных значений пикселей и расчета температур. Три цветовых соотношения (красный, зеленый и синий) одновременно использовались для оценки температуры путем минимизации их суммарной ошибки с последующим пороговым значением, используемым для устранения суммированных ошибок.

Морфология частиц сплавов Cu-X наблюдалась на автоэмиссионном сканирующем электронном микроскопе Hitachi SU-70, соединенном с системой EDS для элементного анализа.ПЭМ-изображения наночастиц Cu-X были получены с помощью ПЭМ JEOL 2100F. Карты элементов STEM-EDS для сплавов Cu-X были получены с помощью Thermo Fisher Scientific Talos F200X. STEM-изображения высокого разрешения были получены с помощью специального STEM-изображения Hitachi HD2700C с датчиком-корректором. Сканирование линий STEM и EDS на месте выполнялось при комнатной температуре, 250 ° C, 500 ° C и 1000 ° C с системой нагрева Wildfire in situ. EDS получали при каждой температуре после стабилизации в течение 10 мин. Отметим, что EDS для 1000 ° C был получен после выдержки при 1000 ° C в течение 10 минут и охлаждения до комнатной температуры, поскольку EDS не может быть проведен при 1000 ° C.Все ТЭМ работали при ускоряющем напряжении 200 кВ. Термогравиметрический анализ проводили на термоанализаторе Discovery SDT 650 на воздухе от комнатной температуры до 800 ° C со скоростью изменения температуры 10 ° C / мин. XRD биметаллических наночастиц проводили на дифрактометре D8 Advance (Bruker) при 40 кВ и 40 мА с использованием источника излучения Cu Kα (λ = 1,54056 Å).

ECSA был определен путем измерения емкости двойного слоя (C _DL ) сплавов Cu-X и наночастиц Cu в продуванном Ar 0.1 M HClO ₄ в H-ячейке. Все электроды подвергали электрохимическому восстановлению при 5 мА · см ^-2 в течение 10 минут перед измерениями ECSA. Циклическую вольтамперометрию выполняли в нефарадеевской области потенциала при различных скоростях сканирования от 5 до 50 мВ с ^-1 , и наблюдаемые токи наносили на график как функцию скорости сканирования. C _DL определяли путем получения наклона, а ECSA рассчитывали путем нормализации к C _DL Cu _0,9 Ag _0,1 .

Подготовка электродов

Биметаллические соединения на основе меди и наночастицы меди измельчали ​​в мелкие порошки. Краски для катодного катализатора получали растворением 3 мг катализатора в 3 мкл раствора нафиона (5 мас.% В 50/50 воде и изопропаноле) и 1,44 мл изопропанола. Порошок IrO ₂ (99,99%) был приобретен у Alfa Aesar, и чернила анодного катализатора были приготовлены растворением 25 мг IrO ₂ в 20 мкл раствора нафиона и 3 мл изопропанола. Краски-катализаторы обрабатывали ультразвуком в течение не менее 30 мин перед литьем по капле.Затем 0,17, 0,34 и 0,25 мг см ^-2 катализаторов, приготовленных с помощью термического шока, катализаторов, приготовленных с помощью обычного термического отжига, и катализаторов IrO ₂ , соответственно, были нанесены на газодиффузионный слой Sigracet 29 BC ( Магазин топливных элементов). Загрузка катализаторов, приготовленных с помощью обычного термического отжига, вдвое превышала загрузку катализаторов, приготовленных с помощью термического удара, чтобы получить доступ к аналогичному диапазону потенциалов в COR.

Измерение электрокаталитических характеристик

Электролиз CO проводили в конфигурации трехканальной проточной ячейки с размерами каналов 2 см на 0.5 см на 0,15 см. Гидроксидообменная мембрана FAA-3 (Fumatech) использовалась для разделения катодной и анодной камер. Газ CO пропускали со скоростью 15 стандартных кубических сантиметров в минуту через регулятор массового расхода (Brooks GF40). КОН (1 М; 99,99%; Sigma-Aldrich) использовали в качестве католита, а 1 М КОН (85%; Sigma-Aldrich) более низкой чистоты использовали в качестве анолита. В качестве католита использовался КОН более высокой чистоты, поскольку известно, что примеси металлов серьезно влияют на характеристики COR на катоде. И католит, и анолит протекали при 0.9 мл мин. ⁻¹ через перистальтические насосы. Давление газа в газовой камере контролировали с помощью регулятора противодавления (Cole-Parmer).

Хронопотенциометрические эксперименты проводились с помощью AutoLab PG128N. Катализаторы восстанавливали при 100 мА · см ^-2 в течение 20 минут перед измерениями, и каждый ток подавали в течение 20 минут для количественного определения продукта. Каждый эксперимент повторяли трижды. Потенциалы полуячейки измеряли при постоянной плотности тока после того, как ячейка достигла устойчивого состояния, с использованием внешнего электрода сравнения Ag / AgCl (Pine Research).Сопротивление между рабочим электродом и электродом сравнения измерялось методом прерывания тока, и измеренный потенциал корректировался с учетом сопротивления. Катодные потенциалы были указаны относительно RHE с ИК-коррекцией, в котором E (по сравнению с RHE) = E (по сравнению с Ag / AgCl) + 0,209 В + 0,0591 В / pH × pH — η _IRdrop .

Количество газовых продуктов определяли с использованием системы газовой хроматографии Multiple Gas Analyzer # 5 (SRI Instruments), оснащенной колонками Molseive 5A и HayeSep D, соединенными с детектором теплопроводности и пламенно-ионизационным детектором.Жидкие продукты количественно определяли с помощью ядерного магнитного резонанса ¹ H (ЯМР) с подавлением воды с использованием метода предварительного насыщения (спектрометр Bruker AVIII 600 МГц). Обычно собранные жидкие продукты разбавляли, и 500 мкл разбавленного образца смешивали со 100 мкл D ₂ O, содержащего 25 частей на миллион (об. / Об.) Диметилсульфоксида (99,9%; Alfa Aesar) в качестве внутреннего стандарта.

In situ ATR-SEIRAS

Двухкамерная политетрафторэтиленовая ячейка с тремя электродами использовалась для измерений ATR-SEIRAS.Схема ячейки и этапы приготовления химически осажденной золотой пленки на кристаллах НПВО кремния можно найти в нашей предыдущей работе ( 35 ). Рабочий электрод представлял собой каплю биметаллического катализатора, отлитую на золотой пленке на кристаллах НПВО кремния с загрузкой катализатора от 0,4 до 0,5 мг / см ^-2 . Краски для катализаторов получали растворением 5 мг катализатора в 1 мкл раствора нафиона (5 мас.% В 50/50 воде и изопропаноле) и 250 мкл изопропанола. Графитовый противоэлектрод размещался в одном отсеке, а рабочий электрод и электрод сравнения Ag / AgCl (3.0 M NaCl, BASi) были помещены в другой отсек с линиями впуска газа и продувки. Два отсека были разделены ионообменной мембраной Nafion (Nafion 211, Fuel Cell Store). В качестве электролита использовали раствор гидроксида калия (0,1 М; Sigma-Aldrich; 99,99%). Электроды были подключены к потенциостату (Solartron 1260/1287) для приложения потенциалов во время измерений. Ячейка интегрирована в ИК-Фурье-спектрометр Agilent Technologies Cary 660, оборудованный ртутно-кадмиевым теллуридным детектором, охлаждаемым жидким азотом.Все спектры были получены с помощью 64 кодированных сканирований и разрешений 4 см ^-1 .

Моделирование

Для моделирования синтеза наночастиц Cu-Ag при тепловом ударе при высокой температуре был использован метод моделирования MC на основе алгоритма Метрополиса для выборки атомных конфигураций наночастиц сплава Cu-Ag в каноническом ансамбле ( 36 , 37 ). Начиная со случайной атомной конфигурации, 5 миллионов пробных шагов MC, которые меняют положение атомов Cu и Ag, были предприняты для моделирования процесса диффузии на большие расстояния в моделируемой системе.При заданной температуре T вероятность перехода p из старой конфигурации в новую была рассчитана в соответствии с распределением Больцмана p = min [1, exp (−ΔEkBT)], в котором ∆ E — полное изменение энергии для конфигурационного перехода системы сплавов и k _B — постоянная Больцмана.

Структуры наночастиц сплава Cu-Ag при комнатной температуре были исследованы с помощью связанной схемы моделирования MD / MC.Образцы выдерживались в течение 10 нс при моделировании МД, в течение которого один пробный шаг MC вставлялся каждые n временных шагов, при этом n в диапазоне от 1 фс до 10 пс. Меньший n означает, что диффузия между Cu и Ag происходит более часто в пределах шкалы времени МД-моделирования. Моделирование MD / MC было выполнено в ансамбле nvt с термостатом Нозе-Гувера ( 38 ). Для интегрирования уравнения движения использовался скоростной алгоритм Верле с шагом по времени 1 фс.Все симуляции были выполнены в пакете Large-scale Atomic / Molecular Massively Parallel Simulator ( 39 ).

Межатомный потенциал системы сплава Cu-Ag был описан в рамках метода модифицированного внедренного атома второго ближайшего соседа (MEAM) ( 40 , 41 ). Параметры потенциалов MEAM для чистых элементов Cu, Ag и бинарных сплавов Cu-Ag были взяты из справочника ( 42 , 43 ).

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial, которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе, при условии, что конечное использование составляет , а не для коммерческих целей и при условии, что оригинальная работа правильно цитируется.

Благодарности: Мы хотели бы поблагодарить D. Kline из Университета Мэриленда, Колледж-Парк, за помощь в кодировании MATLAB для измерения высокотемпературных импульсов. Финансирование: Этот проект не финансируется напрямую. Авторы из Университета Делавэра благодарят Национальный научный фонд за финансовую поддержку (награда № CBET-1803200). В этом исследовании использовались ресурсы Центра функциональных наноматериалов, который является научным учреждением Министерства энергетики США, в Брукхейвенской национальной лаборатории в соответствии с контрактом №DE-SC0012704. G.W. и З.Л. Выражаем признательность за вычислительные ресурсы, предоставленные Центром исследовательских вычислений Университета Питтсбурга, а также за Экстремальную науку и среду инженерных открытий (XSEDE), которая поддерживается грантом Национального научного фонда номер ACI-1053575. Вклад авторов: C.Y., L.H., B.H.K. и F.J. разработали эксперименты. C.Y., M.C., Y.Y. и T.L. провели синтез материала и характеризацию. B.H.K. и W.L. провели измерение электрокаталитических характеристик.S.H. и D.S. провели определение характеристик TEM и EDS. З.Л. и Г. провели атомистическое моделирование. КАК М. и B.X. провели натурный эксперимент ATR-SEIRAS. X.W. способствовал измерению температуры для синтеза высокотемпературного скачка. J.D. помогал в рисовании схем. C.Y., B.H.K., F.J. и L.H. совместно написали статью. Все авторы прокомментировали окончательный вариант рукописи. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах.Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.

• Copyright © 2020 Авторы, некоторые права защищены; эксклюзивный лицензиат Американской ассоциации содействия развитию науки. Нет претензий к оригинальным работам правительства США. Распространяется по некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY-NC).

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Как работает биметаллический полосовой термометр?

В биметаллических ленточных термометрах для измерения температуры используется разная скорость расширения металлов при нагревании!

Принцип действия

Температуру можно измерять на основе принципа различного теплового расширения твердых тел.Для этого две металлические полосы (например, стальная и латунная) с разной степенью теплового расширения прочно соединяются между собой. При нагревании металлическая полоса деформируется из-за разной степени расширения. Деформация является мерой температуры и может быть считана по калиброванной шкале.

Рисунок: Конструкция и принцип биметаллической ленты

В биметаллических ленточных термометрах для измерения температуры используются разные скорости расширения металлов при нагревании!

Анимация: Принцип действия биметаллического полоскового термометра

Благодаря металлическим материалам биметаллические термометры могут использоваться при температурах от -100 ° C до более 500 ° C.

Биметаллические полосы изготавливаются путем прокатки различных металлических листов друг на друга с последующим их нагреванием, так что металлы соединяются в стыках за счет процессов диффузии ( холодная сварка, ).

Примечание : Из-за электропроводности биметаллической ленты ее также часто используют в качестве предохранительного компонента для автоматического отключения. Биметаллические полоски можно найти, например, в чайниках, которые автоматически отключают чайник, размыкая электрическую цепь при слишком высокой температуре (или при достижении точки кипения).

Виды биметаллических термометров

Чем длиннее биметалл, тем больше изгиб и, следовательно, чувствительность при измерении температуры. По этой причине длинная биметаллическая полоса часто сворачивается в катушку. В зависимости от того, скручена ли биметаллическая катушка спиралью или винтом, можно выделить два разных типа.

Рисунок: Биметаллическая полоса, завернутая в катушку Анимация: Биметаллическая полоса, завернутая в катушку

Биметаллический термометр спирального типа

Самая простая конструкция биметаллического термометра состоит в том, чтобы намотать биметаллическую полоску в спираль.Внутренний конец спирали прочно соединен с корпусом. К внешнему концу спирали прикреплен указатель. Затем измеренную температуру можно считать по откалиброванной шкале.

Рисунок: Биметаллический термометр (спирального типа)

Такая конструкция с использованием биметаллической спирали не только очень компактна, но и экономична. Однако недостатком является то, что циферблат и датчик температуры не отделены друг от друга. Поэтому весь биметаллический термометр должен располагаться непосредственно в среде, температуру которой необходимо измерить.Такие термометры используются, например, в холодильниках или морозильниках или для определения температуры в помещении.

Анимация: Принцип действия биметаллического термометра спирального типа

Биметаллический термометр спирального типа

Во многих случаях необходимо пространственно отделить индикатор (указатель) от датчика (биметаллической катушки). Например, если необходимо измерить температуру воды в отопительной трубе, как это обычно бывает в системах отопления. В этом случае датчик температуры должен быть расположен внутри трубы, а индикатор температуры должен находиться вне трубы.Или в пищевой промышленности также необходимо отделить дисплей от датчика, если, например, необходимо измерить температуру внутри продукта («проникающий термометр»).

Рисунок: Биметаллический термометр (спирального типа) Рисунок: Принцип работы биметаллического термометра (спирального типа)

В этих случаях биметаллические термометры снабжены биметаллической полосой, намотанной на спиральную катушку. Спиральный биметалл одним концом прочно соединен с внутренней частью измерительной трубы (биметалл прикреплен к цилиндрическому штифту, который прочно вдавливается в шток).Вращающийся металлический стержень проходит через эту спиральную катушку, которая присоединена к ней свободным концом. К верхнему концу металлического стержня прикреплен указатель. Если теперь измерительная труба нагревается, спиральный биметалл наматывается и вращает металлический стержень. На калиброванной шкале можно определить соответствующую температуру.

Рисунок: Конструкция биметаллического термометра (спирального типа) Рисунок: Принцип работы биметаллического термометра (спирального типа)

Такие биметаллические термометры могут также быть оснащены переключающими контактами , которые замыкают электрическую цепь при превышении или понижении определенной температуры; соответственно срабатывает электрический сигнал.Таким образом, переключающие контакты могут выполнять задачи управления, например в качестве термостата для систем теплого пола, который из соображений безопасности отключает насос системы отопления при слишком высоких температурах и включает его снова, когда температура падает ниже определенного уровня.

Рисунок: Биметаллический термометр с переключающим контактом

Конструкция, свойства и его применение

Каждый металлический материал во Вселенной имеет свои собственные свойства, такие как электрические, механические, магнитные, химические, тепловые и оптические свойства.В этой статье рассказывается о биметаллической полосе, в основе которой лежит свойство теплового расширения. Обычно это наблюдается в таких устройствах, как железный ящик, обогреватели, чайники и т. Д. Биметаллическая полоса преобразует тепловую энергию в механическое смещение.

Что такое биметаллическая лента?

Определение: Биметаллическая полоса работает по принципу теплового расширения, которое определяется как изменение объема металла при изменении температуры. Биметаллическая лента работает на двух основных металлах.

• Первый фундаментальный принцип — это тепловое расширение, которое означает, что металлы расширяются или сжимаются в зависимости от изменения температуры. постоянная температура.

Свойства биметаллической полосы

Некоторые из важных свойств биметаллической полосы:

• Коэффициент расширения: он определяется как изменение физических свойств металла в ответ на изменение температуры, например формы, площади и т.д. и объем.
• Модули упругости: определяется как отношение напряжения к деформации в области упругой деформации.
• Предел упругости при охлаждении: это стандартный предел, при котором металл возвращается в свое нормальное состояние при охлаждении. Это свойство варьируется от металла к металлу.
• Электропроводность: определяется как величина тока, проходящего через материал.
• Пластичность
• Металлургическая способность.

Конструкция биметаллической ленты

Биметаллическая полоса формируется путем соединения двух разных тонких полос металла, обычно из стали (12 * 10 ^-6 K ^-1 ) и латуни (18.7 * 10 ^-6 K ^-1 ) или медь (16,6 * 10 ^-6 K ^-1 ), где один конец этих металлов фиксируется сваркой, а другой конец остается свободным. При воздействии температуры на эти материалы они начнут изменять свое физическое состояние, расширяясь или деформируясь.

Конструкция

Это можно объяснить в следующих двух случаях:

Случай (i): Когда температура увеличивается, это позволяет полосе расширяться по направлению к металлу с более низким значением температурного коэффициента, что можно наблюдать в рисунок ниже.

Полоса, закрепленная на одном конце

Корпус (ii): При понижении температуры это позволяет полосе расширяться в направлении металла с более высоким значением температурного коэффициента, как показано ниже.

Прогиб биметаллической ленты

Из этого мы можем понять, что

Диапазон прогиба = используемый металл

Прогиб металла = (длина полосы + изменение температуры) / толщина полосы

Математическое представление

Рассмотрим два металла, такие как A и B при двух разных температурах «T1» и «T2».Радиус кривизны биметаллической ленты может быть определен математически из следующего уравнения.

R = t {3 (1 + m) ² + (1 + m * n) [m ² + 1 / m * n]} / 6 (α ‘ _A — α’ _B ) (T ₂ -T ₁ ) (1 + m) ² …… 1

Где,

R = радиус кривизны при температуре ‘T2’

t = (t1 + t2) = сумма толщин биметаллической ленты

n = E _A / E _B = коэффициент упругости двух металлов

м = t1 / t2 = (меньшая толщина — расширение металла) / (большая толщина — расширение металла)

α ‘ _A , α’ _B = тепловой коэффициент расширения металла A и B

T ₁ = начальная температура

T ₂ = Конечная температура.

Уравнение изгиба металлической полосы по направлению к металлу с низкотемпературным коэффициентом задается как

r = 2 t / [6 * (α _A — α _B ) (T ₂ -T ₁ )] …………… (2)

На практике соотношение модулей упругости металлов и их толщины должно поддерживаться одинаковым, чтобы металл возвращался в свое нормальное положение при изменении приложенной температуры. Если толщина металла составляет t / 2, то

[r + (t / 2)] / r = Длина расширенной полосы A / Длина расширенной полосы B

= L [1 + α _A (T ₂ -T ₁ )] / L [1 + α _B (T ₂ -T ₁ )]

= t / 2 [[1 + α _B (T ₂ -T ₁ )] / [(α _A — α _B ) (T ₂ -T ₁ )]]

r = t / [2 α _A (T ₂ -T ₁ )] ………….. (3)

Из приведенного выше уравнения можно сделать вывод, что если один конец металлической полосы зафиксирован, другой конец полосы расширяется или сжимается при изменении температуры. Такой принцип обычно наблюдается в термометрах с низкой чувствительностью.

Типы биметаллических полос

Биметаллические полосы доступны в двух типах:

Спиральная полоса Тип

Она состоит из спиралевидной структуры и к ней прикреплен указатель, который используется для измерения температуры.Когда эта пружинная конструкция нагревается, металлы проявляют свойство теплового расширения и деформируются при понижении температуры. На этом этапе стрелка фиксирует температуру на шкале. Такие термометры обычно используются для регистрации температуры окружающей среды.

Спиральная полоса, тип

Спиральная полоса, тип

Она состоит из спиральной структуры, работа которой аналогична биметаллической полосе. Где свободный конец полосы соединяется с указателем. Всякий раз, когда полоса нагревается, она испытывает свойство теплового расширения и сжимается при охлаждении.На этом этапе стрелка фиксирует показание температуры. Обычно такие термометры используются в промышленности.

Винтовой тип

Преимущества

Ниже приведены преимущества биметаллической ленты

• Не требуется внешний источник питания
• Простота в использовании и надежность
• Меньшая стоимость
• Дает точность от ± 2 до 5%

Недостатки

Недостатки биметаллической ленты

• Они могут измерять до 4000 ° C
• При регулярном использовании будет изменение качества металла, что может привести к ошибке при измерении.
• При низкой температуре чувствительность и точность не на должном уровне.

Применение биметаллической ленты

Ниже приведены области применения биметаллической ленты

Часто задаваемые вопросы

1). В каких устройствах используется биметаллическая полоса?

Биметаллическая полоса используется в таких устройствах, как пожарная сигнализация, вентиляторы и т. Д.

2). Что происходит при нагревании биметаллической ленты?

• Когда биметаллическая полоса нагревается, металлы либо расширяются, либо деформируются в зависимости от их свойств теплового коэффициента.
• Случай 1: При повышении температуры полоса расширяется по направлению к металлу с более низким значением температурного коэффициента, что можно увидеть на рисунке ниже, и
• Случай 2: При понижении температуры полоса расширяется в направлении металл с более высоким значением температурного коэффициента, как показано ниже.

3). Используется ли биметаллическая лента в вентиляторах?

Да, они используются в вентиляторах для преобразования температуры в механическое смещение.

4). Почему гнутся биметаллические полосы?

Биметаллические полосы изгибаются из-за свойства металла термического расширения.

5). Можно ли использовать в термостате биметаллическую полосу из латуни и серебра?

Нет, биметаллическую ленту из латуни и серебра нельзя использовать в термостате. Поскольку они имеют незначительную разницу в свойстве теплового расширения.

Таким образом, это все о биметаллической полосе, которая работает на двух основных фундаментальных принципах теплового расширения и температурного коэффициента.Обычно это термометр, который измеряет температуру. Он состоит из двух разных металлических полос, причем обе они приварены друг к другу, причем один конец закреплен, а другой конец отпущен. Эти металлы расширяются или деформируются при различных температурах.