Электроды уони: цены от 204 рублей, отзывы, производители, поиск и каталог моделей – интернет-магазин ВсеИнструменты.ру

alexxlab | 17.11.1984 | 0 | Разное

Содержание

Электроды Уони

Электроды под маркой УОНИ пользуются неизменно высоким спросом как среди профессионалов, так и любителей. На потребительском рынке они представлены большим ассортиментом, что дает возможность выбрать оптимальный вариант продукта под конкретный вид работы. Производители предлагают марки электродов для работы с разными металлами.

Общее описание

Продукция данной торговой марки является оптимальным вариантом для тех, кто стремится получить высококачественный шов при ручной дуговой сварке. Каждый из профессионалов знает, что для того, чтобы сформировать качественный сварной шов, нужно долго и напряженно практиковаться. В технологии ручной дуговой сварки особое внимание отводится правильному подбору электродов. Для этих целей отлично подходит марка УОНИ.

Какими же особенностями они обладают? Прежде всего, нужно учесть, что для работы с данными расходными материалами необходимо выбрать обратную полярность и постоянный ток. На выбор температурный режим сварочных работ не оказывает никакого влияния. Во-вторых, электроды специально разрабатывались под потребности практикующих специалистов. Студент или начинающий сварщик вряд ли сможет сразу же положить качественный шов. Скорее всего, не получится у него это и с пятой попытки. Это следует учесть, чтобы не разочароваться вначале своего пути.

Продукция торговой марки УОНИ поставляется в торговую сеть разного диаметра. Среди потребителей наибольшей популярностью пользуются электроды диаметром 3 и 4 мм. С их помощью можно соединить большинство металлических заготовок. Многие обращали внимание на разную маркировку, казалось бы, одинаковых электродов. Да, действительно, их состав отличается незначительно. Тем не менее, разработаны они для соединения металлов разного химического состава.

Для чего предназначены электроды УОНИ

В торговой сети представлены четыре вида электродов. Первые из них – УОНИ 13/45 – применяются для работы со стальными заготовками. Сваривать можно любой вид стали, независимо от ее состава. Эта марка подходит и для соединения литьевых деталей. Швы отличаются высокой эластичностью в сочетании с прочностью. В состав расходников данной марки входит никель и молибден.

Марка 13/55 станет оптимальным выбором для работ с низколегированной сталью. Не имеет значение пространственное расположение сварного шва. Не рекомендуется только выполнять работы по направлению сверху-вниз при стандартных настройках аппарата: постоянный ток в сочетании с обратной полярностью. УОНИ 13/55 имеют основной тип покрытия, который горит менее устойчиво по сравнению с рутиловым. Несмотря на это, качество шва не вызывает нареканий даже у опытных пользователей. Обращается внимание на стойкость наплава к возникновению трещин.

Применять в своей работе УОНИ 13/65 новичкам вряд ли придется. По той причине, что они предназначены для сваривания особо ответственных конструкций, которые неопытным специалистам делать просто не доверяют. Электродами можно работать в любом направлении и положении. Качество сварного соединения намного лучше, чем у ранее рассмотренных марок электродов.

И последняя рассматриваемая марка 13/85 предназначена для работы с легированной сталью. Использовать их в другой ситуации не оправдано, поскольку качество шва останется таким же, как от более дешевых аналогов. допускается сварка деталей в любом пространственном положении.

Читайте также: Сварочные электроды: виды и применение

Хранение

Чтобы результат сварочных работ был всегда на высшем уровне, мало знать тонкости выполнения работы. Важно правильно хранить электроды, чтобы они охранили неизменными свои лучшие качества.

Идеальной принято считать ситуацию, когда под хранение электродов выделяется отдельное помещение. Внутри должен поддерживаться нужный микроклимат, а именно: сухой воздух и постоянная температура. Оптимальные показатели термометра должны быть близкими к 15 градусам Цельсия. Достичь таких условий, а тем более постоянно их поддерживать без кондиционирования воздуха очень сложно.

В случаях, когда используется подвальное помещение или специально оборудуется комната под землей, нужно обеспечить хорошую изоляцию от проникновения влаги. Это очень сложно. Добиться идеальных условий хранение в гараже или даже квартире не получится. И тогда встает вопрос: а как же хранить электроды без солидных капиталовложений?

Важно их держать в помещении, где есть отопление и поддерживается более-менее стабильный температурный режим. Большинство гаражей не отапливается, поэтому на зиму неиспользованные электроды лучше все-таки забрать в дом или квартиру. Сухое и темное место подходит как нельзя лучше. Это может быть антресоль или полка в шкафу. Если гараж отапливается, то можно электроды оставить здесь в закрытом светонепроницаемом футляре. Его несложно изготовить самостоятельно (например, из отрезка пластиковой трубы).

Нельзя оставлять электроды на открытой почве или в траве. Даже в том случае, когда они упакованы. Картонная коробка либо любая иная упаковка могут рассматриваться как контейнер для транспортировки, но не хранения. В случае, когда соблюсти правила хранения не представляется возможным, то в обязательно порядке следует перед использованием прокалить электроды в течении часа. Когда электроды крошатся, то они стали непригодными для использования.

Электроды УОНИ-13/55 d4 мм 5 кг Судиславский завод

Описание электродов УОНИ-13/55 d4 мм 5 кг Судиславский завод

Электроды УОНИ-13/55 d4 мм 5 кг (Судиславский завод сварочных материалов) предназначены для сварки углеродистых и низколегированных сталей методом MMA в любом положении шва, кроме положения “сверху вниз”. Работы следует проводить на постоянном токе обратной полярности. Наплавленный металл образует ровный и высококачественный шов, имеет высокую пластичность и ударную вязкость, в том числе и при работе в условиях пониженных температур.

Производитель оставляет за собой право изменять страну производства, характеристики товара, его внешний вид и комплектность без предварительного уведомления продавца. Уточняйте информацию у менеджеров!

1. Способы доставки

  до 100 кг до 300 кг до 500 кг**
Москва 390 руб 500 руб 900 руб
МО, область 390 руб*  500 руб* 900 руб*
Самовывоз

Выдача товара до 20:00, Раменский район, Михайловская слобода, Старорязанская улица, д.4. (при оплате – резерв товара)

Пункт выдачи по адресу: Москва, Рязанский проспект, д.79 (пн-вс с 09:00 до 20:00)

* каждый 1 км за МКАД дополнительно 30 руб

** полная информация по доставке крупногабаритных грузов смотрите в разделе Доставка и оплата

2. Способы оплаты

      Банковской картой онлайн на сайте             ЮMoney (Я.Деньги)

     Наличными курьеру                                                    QIWI кошелек

     Сбербанк-онлайн                                                           WebMoney

     Безналичный расчет

Вы можете вернуть товар, если был обнаружен производственный брак, дефекты и прочие повреждения. Срок возврата осуществляется в течение 14 дней с даты покупки товара. 

Возврат товара осуществляется в полном соответствии с законодательством РФ, включая Закон о Правах Потребителя.

Подробная информация о возратах и обмене

Сварочные электроды УОНИ: разновидности и применение

Ежегодное увеличение выпуска большого количества электродов, а также расширение их ассортимента обусловлено необходимостью облегчить процедуру сварки и ее качество. Так, различают несколько типов электродов УОНИ, использующихся для дуговых сварочных работ.

Первая марка – УОНИ 13-45. В их составе содержатся никелированные и молибденовые элементы. Зачастую их можно встретить при осуществлении сварочных работ литых и кованых изделий. Швы, образовавшиеся после использования УОНИ 13-45, характеризуются вязкостью и эластичностью.

Обычно, рассматриваемые материалы встречаются при работе с тавровыми или стыковыми швами из низколегированных и высокоуглеродистых металлов. УОНИ используются во всех плоскостях, кроме вертикальных направлений.

Электроды УОНИ 13-55 имеют марганцевые, углеродные, фосфорные и кремниевые элементы в составе покрытия. При использовании электродов данного типа сварочный шов надежно защищен от образования трещин.

При работе с конструкционными элементами, требующими наивысших прочностных показателей, применяют электроды типа УОНИ 13-65. Изделия этой марки могут быть использованы во многих пространственных направлениях при воздействии постоянного тока. Диаметр подобных сварочных элементов колеблется от 2 до 5 мм. Чем больше данный показатель, тем выше сила тока. Качество получаемого шва не имеет особых отличий от прочих электродов УОНИ.

Работая с изделиями из легированной стали с высокими прочностными показателями отдают предпочтение марке 13-85. Они, также как электроды предыдущей марки, могут быть использованы в каждом пространственном направлении.

Подбивая итоги о прочностных и эксплуатационных характеристиках электродов УОНИ, следует сказать, что их показатели не имеют существенных отличий. Каждый из перечисленных типов сварочных электродов хорошо подходит для работ в условиях невысоких температур. Положительной особенностью изделий УОНИ является то, что с их применением образуется плотный шов, содержащий большое количество марганцевых и кремниевых элементов и обладающий хорошими механическими показателями. Кроме этого, швы отличаются высокой ударной вязкостью, что делает сварочные электроды УОНИ особенно востребованными при работе с ответственными конструкциями.

Благодаря своим высоким прочностным свойствам, конструкции, выполненные с УОНИ, хорошо переносят вибрационные и ударные нагрузки, перепады температур и являются устойчивыми к жидкостям.

Статьи о продукции     Обновлено: 02.12.2020 16:26:51

Источник: http://krepcom.ru:443/blog/products-articles/svarochnye-elektrody-uoni-raznovidnosti-i-primenenie/

Наши контакты:
E-mail: [email protected]
Телефон: 8 (800) 333-21-68

Электроды УОНИ 13/55. Преимущества и недостатки

Электроды УОНИ 13/55 заслужили достаточную популярность среди профессионального сообщества, но сварщики с небольшим опытом часто избегают их использования. Это связано со склонностью прилипания электродов к свариваемой поверхности, если сварщик не обладает достаточным навыком ручной дуговой сварки. Проблемы с прилипанием достаточно быстро решаются увеличением размера дуги, контроль расстояния между электродом и металлом не требует особой точности.

Назначение электродов УОНИ 13/55

Данная марка сварочных электродов предназначена для металлоконструкций из углеродистой или низколегированной стали. Отличительная характеристика сварного шва – высокая пластичность и вязкость, что позволяет получать прочные сварные конструкции.

Еще одним плюсом является возможность наложения сварных швов в любом пространственном положении. Благодаря универсальности используются как в строительстве, так и в домашних условиях.

Единственный нюанс, ограничивающий применение электродов в быту – необходимость прокаливания при температуре 300 градусов перед началом сварки. Не всегда удается обеспечить требуемую температуру.

Чаще всего электроды применяются для:

Основные характеристики

Выпускаются диаметром от 2 до 6 мм, стержень электрода выполняется из проволоки Св-08/Св-08А. Для того, чтобы получить 1 кг наплавленного металла, потребуется не менее 1,6 кг УОНИ 13/55.

Параметры сварного шва
  • Углерод, не более 0,11%
  • Марганец, от 0,9 до 1,4%
  • Кремний, от 0,25 до 0,5%
  • Сера и фосфор – не более 0,03% каждый

Величина сварочного тока зависит от толщины электрода и пространственной ориентации сварочного шва. Она варьируется в пределах от 40 до 200 А. Отличительной особенностью сварки данными электродами является высокая пластичность шва в горячем состоянии, он легко меняет свою форму даже под небольшим механическим воздействием.

Видео Как варить швы электродами УОНИ 13/55

Электроды УОНИ 13/55 (МЭЗ), d=4.0

 

Основное назначение:

 

Для ручной дуговой сварки особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, когда к металлу сварного шва предъявляются повышенные требования по пластичности и ударной вязкости. Сварка во всех пространственных положениях, кроме вертикального сверху вниз

Рекомендуемые значения тока (А):

Диаметр, мм

Пространственное положение сварки

нижнее

вертикальное

потолочное

2,0

40-60

40-60

40-60

2,5

55-80

50-65

45-65

3,0

90-120

80-100

70-90

4,0

130-160

130-140

110-130

5,0

180-210

160-180

Напряжение на дуге — 23-27 В

Род тока — постоянный обратной полярности

Длина дуги — короткая, средняя

Характеристики плавления электродов:

Коэффициент наплавки, г/Ач

9,0-10,0

Расход электродов на 1 кг наплавленного металла

1,65

Основные характеристики металла шва и наплавленного металла

Химический состав наплавленного металла

Массовая доля элементов,%

углерод

марганец

кремний

сера

фосфор

не более

≤0,10

0,6-1,2

0,2-0,5

0,030

0,035

Механические свойства металла шва и наплавленного металла

Механические свойства при температуре 20±10°С, не менее

металла шва

сварного соединения

Временное сопротивление разрыву, σв, Н/мм2

Предел текучести,σ0,2, Н/мм2

Относительное удлинение, δ5, %

Ударная вязкость, КСU, Дж/см2

Временное сопротивление разрыву, σв, Н/мм

Угол загиба град

490

375

22

128

490

150

Минимальная температура, при которой ударная вязкость КСV на образцах типа IX по ГОСТ 6996-66 составляет не менее 35Дж/см2 при температуре -300С.

Расшифровка обозначения

Э50А – тип электрода

УОНИ 13/55 – марка электрода

Ø – диаметр электрода, мм

У – для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей

Д – с толстым покрытием

СЕРТИФИКАТЫ

– НАКС РФ по группам технических устройств: ГДО, ГО, КО, МО, НГДО, ОТОГ, ОХНВП, ПТО, СК

– Санитарно-эпидемиологической экспертизы продукции.

– Система сертификации ГОСТ Р

Купить электроды в розницу вы можете в офисе  ООО ТД «Пегас». по адресу  г. Ижевск, ул. Областная 5.

 

технические характеристики, расшифровка маркировки, расход

Сварочные работы зачастую выполняются на предприятиях, а также в домашнем обиходе. Сложность работ зависит от характеристик используемого сварочного аппарата, других инструментов. При домашнем использовании не возможен процесс сварки без инвертора. Плавка металла происходит путем использования элементов плавления, от качества которых напрямую зависит процесс работ. Наиболее распространенные электроды УОНИ 13/55 позволяют создавать прочные соединения, способны варить различные марки металлов.

Электроды УОНИ 13/55

Что из себя представляют электроды УОНИ

Инструмента для сварочных работ на рынке более чем достаточно. Для качественного соединения необходимо использовать проверенный временем материал. При покупке следует изучить состав покрытия, коэффициент плавки, расход при сварочных работах. Электроды УОНИ относятся к расходным материалам покрытого класса, принцип работы состоит из плавки металла и стержня, что в последующем соединяет изделие. Стержень состоит из легирующих металлов магния, хрома или никеля. Обмазка электродов УОНИ 13/55 служит для создания защитной ванны от воздуха при сварочных работах.

Электроды УОНИ

При попадании воздуха в сварочную ванну, возможен не качественный шов, образование окислов. Покрытие элементов плавления применимо к сварке стали с низким уровнем легирующих элементов, углеродистых пород металла. Такие материалы используют для создания несущих конструкций и прочных соединений. Температура плавки колеблется от -60 до +40 градусов, расход на килограмм расплавленного металла составляет 1,7 кг продукции. Расшифровка названия УОНИ происходит от отечественного наименования института сварки, как универсальная обмазка научного института номер 13.

Технические характеристики

К сегодняшнему дню на рынке аксессуаров для сварочных работ существует масса различных материалов. Наибольшую популярность приобрели электроды марки УОНИ 13/55, технические характеристики которых позволяют производить сварочные работы в плохих климатических условиях, где работа обычным инструментом невозможна.

Электроды УОНИ долгое время используются при производственных, домашних сварочных работах, прошли необходимые испытания и закреплены ГОСТом. Шов при сварке получается с необходимой ударной вязкостью, пластичен при нагрузках. Технические характеристики располагают основное покрытие, которое главным образом взаимодействует с металлом. Сварка электродами УОНИ создает качественный шов, на котором не обнаруживается даже микроскопических трещин.

Особенности применения

Каждый из элементов плавления имеет свою нишу применения, электроды УОНИ используются при следующих параметрах:

  • Процесс сварки происходит с применением тока обратной полярности, процесс требуется ГОСТом.
  • Шов исключает наличие газов и излишних примесей, путем использования специального покрытия из фтористых образований, различных карбонатов.
  • Металл стержня применяется из составов низко углеродистой стали, которая способствует надежности шва.
  • Благодаря органическим соединениям сварочные электроды УОНИ 13/55 имеют низкую подверженность влаги.
  • Конструкция, выполненная из низколегированных материалов позволяет избежать трещин и неровностей в процессе сварки.

Сварка при помощи электродов УОНИ

Шов не подвергается старению, потере крепежных свойств при воздействиях температуры. Сварка электродами УОНИ должна исключать использование плохо зачищенных материалов, так как может быть подвержена коррозии в последующем времени. Процесс происходит с короткой дугой, что позволяет избежать потери качества соединения. Основным преимуществом перед конкурентами является результат с необходимой концентрацией водорода, устойчивым к появлению микротрещин соединению.

Химический состав материалов и технология использования может меняться в зависимости от производителя. Перед приобретением необходимо поинтересоваться о соответствие требованиям и нормативам по ГОСТ, либо наличие свидетельства аттестации материалов сварочных.

Применение сварки электродами в строительстве

Процедура прокалки сварочных электродов УОНИ 13/55

Для уменьшения концентрации влаги, других ненужных соединений в обмазке – прокалка путем содержания в индукционной печи. Каждый производитель электродов УОНИ 13/55 прикладывает к упаковке инструкцию по применению и прокалке материалов. Пренебрегать инструкциям категорически запрещено, так как в результате производится некачественное соединение.

Принцип сварки электродами

В ситуациях, когда инструкция не приложена, либо испорчена, необходимо следовать основной последовательностью шагов при прокаливании:

  • Процедура производится непосредственно перед применением в процессе сварки. Данные действия необходимы для качественного результата, надежного шва и стабильного горения дуги сварочной.
  • Максимальное действие прокалки – 8 часов, если по истечению заданного периода материалы не использовались, процедура повторяется заново.
  • Время прокалки не должно превышать четыре часа, а допустимое количество прокаливаний одного и того же электрода УОНИ – 3 раза.
  • В процессе используется печь, разогретая до 250-280 градусов, для равномерного результата используют специальные формы, только тогда элементы плавления эффективно прокаливаются.

Условия хранения

Получение качественного результата зависит от продолжительности, условий хранения материалов. Хранение происходит в помещениях с относительной влажностью до 50%, не взаимодействуя с прямыми солнечными лучами, температура воздуха не менее 12 градусов. При соблюдении всех правил, стандартов и условий хранения ГОСТ 9466-75, срок годности материалов может быть неограничен.

Скачать ГОСТ 9466-75

Хранение электродов

Расшифровки маркирования

Различные модификации могут ввести неопытного мастера в заблуждение при покупке сварочных элементов. Маркировкой описывается допустимые к работе материалы, метод сварки, состав стержня. К примеру возможно рассмотреть товар под наименованием Э50А-УОНИ-13/55-4.0-УД.

Расшифровка маркировки электродов УОНИ

Заглавная буква «Э» обозначает сокращение от слова электрод. Процесс использования подразумевается путем ручной дуговой сварки. Следующие цифры обозначают пределы прочности соединения, подразделяется на удельную и силу растяжения. Буква «А» проставляется для обозначения шва, как стойкого к ударным нагрузкам и пластичного соединения. Диаметр электрода УОНИ указывается после номера, что означает 4.0.

В конце маркировки проставляется обозначение материалов, к которым применяется сварочный элемент.

Буквой «У» указывается, что данный тип электродов используется для углеродистой стали. Существуют разные обозначения стали, к которым применяются сварочные изделия:

  • Т – производится сварка с термостойкими металлами;
  • В — используются при процессах с высоколегированными сталями;
  • Н – обозначает процесс ремонтных работ с использованием наплавки материала;
  • Л – применяется к легированным сталям.

Заключает обозначение соотношения и диаметр покрытия к стержню. Буква «Д» означает слой обмазки толстого типа, тонкое покрытие – «М», средняя указывается буквой «С». Размеры стержня, в частности его длина, зависят от диаметра. Толщина изделия составляет 2 мм, тогда длина будет не более 30 см. В случаях диаметра 4 мм, длина изделия 450 мм в соответствии описанных стандартов и ГОСТов. Преимуществом электродов УОНИ 13/55 является возможность при работе с вертикальными, потолочными и горизонтальными швами.

Бывалые сварщики советуют использовать к применению разные токи, это позволяет подобрать правильную настройку для качественного соединения новичкам. Также стоит приобрести по несколько комплектов коробок от разных изготовителей, чтобы найти наилучший вариант. Прокалка изделия – обязательная процедура, которой не нужно пренебрегать, способ сварки короткой дугой, опираясь на обмазку, позволит быстро освоить работу.

Электроды УОНИ-13/85 ф 5мм (СПЕЦЭЛЕКТРОД) уп.5кг

Основное назначение сварочных электродов УОНИ 13/85

Сварочные электроды предназначены для сварки особо ответственных конструкций из легированных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением до 830 МПа во всех пространственных положениях шва постоянным током обратной полярности. УОНИ-13/85 разработаны в НИИ-13.

Характеристика сварочных электродов УОНИ 13/85 СпецЭлектрод

Покрытие электродов – основное.
Коэффициент наплавки – 10,0 г/А·ч.
Производительность наплавки (для диаметра 4,0 мм) – 1,6 кг/ч.
Расход электродов УОНИ-13/85 на 1 кг наплавленного металла – 1,6 кг.

Типичные механические свойства металла шва электродов после термообработки УОНИ-13/85 

Временное сопротивление электродов , МПа Предел текучести УОНИ-13/85 , МПа Относительное
удлинение , %
Ударная вязкость электродов , Дж/см2
940 780 15 110


Типичный химический состав наплавленного металла, % сварочными электродами УОНИ-13/85

C

Mn

Si

Mo

S

P

0,12

1,9

0,75

0,65

0,017

0,027


Геометрические размеры и сила тока при сварке сварочных электродов УОНИ-13/85

Диаметр, 

мм

Длина, 

мм

Ток, 

А

Среднее количество

электродов в 1 кг, шт.

2,0

300

40 – 90

98

2,5

350

50 – 110

54

3,0

350

70 – 130

40

4,0

450

110 – 180

16

5,0

450

150 – 230

11


Особые свойства электродов сварочных УОНИ 13/85

Сварочный электрод УОНИ-13/85 обеспечивает получение металла шва с высокой стойкостью к кристаллизационным трещинам и низким содержанием водорода.

Технологические особенности сварки электродами УОНИ 13/85

Сварку УОНИ-13/85 производят только на короткой и предельно короткой длине дуги по очищенным кромкам.
Перед применением, прокалить электроды при температуре  250-300°С; 1-2 ч. обязательно.

Условное обозначение сварочных электродов УОНИ 13/85

Э85-УОНИ-13/85-⌀ЛД

ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75
ТУ 1272-003-48804191-2010

Е-12Г2СМ-0-Б20

Отдельно стоящий электрод V2O5 рациональной конструкции для высоковольтных неводных твердотельных симметричных (2,0 В) и асимметричных (2,8 В) суперконденсаторов

Максимальное окно емкостного потенциала некоторых псевдоемкостных материалов недоступно в водных электролитах из-за низкого потенциала диссоциации 1,2 В, которым обладают молекулы воды. Однако низкая псевдоемкость, которую демонстрируют обычно используемые электродные материалы при интеграции с неводными электролитами, по-прежнему остается проблемой при разработке суперконденсаторов (SC).Правильный выбор материалов для электрода и рациональный процесс проектирования действительно важны для преодоления этих практических сложностей, чтобы такие системы могли хорошо работать с неводными электролитами. Мы решаем эту проблему путем изготовления прототипа полностью твердотельного устройства, в котором в качестве электродного материала используется высокоемкостный V 2 O 5 вместе с литий-ионным проводящим органическим электролитом. V 2 O 5 синтезируется на предварительно обработанной бумаге из углеродного волокна с использованием метода электрохимического осаждения, который обеспечивает улучшенное контактное сопротивление.Разумная стратегия подготовки электродов позволяет преодолеть ограничения низкой ионной и электрической проводимости, налагаемые соответственно электролитом и электродным материалом. Устройство, собранное симметрично, обеспечивает высокую удельную емкость 406 Ф · г -1 (при 1 А · г -1 ). Выгодный аспект использования органического электролита также демонстрируется асимметричной конфигурацией с использованием активированного угля в качестве материала положительного электрода и материала отрицательного электрода V 2 O 5 соответственно.Асимметричное устройство имеет широкий диапазон рабочего напряжения 2,8 В и обеспечивает высокую плотность энергии 102,68 Вт · ч кг −1 при плотности мощности 1,49 кВт · кг −1 . Более того, в спектрах импеданса наблюдаются низкое эквивалентное последовательное сопротивление, равное 9,9 Ом, и незначительное сопротивление переносу заряда, что является ключевым фактором, определяющим такие образцовые характеристики.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй снова?

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, нажмите 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 файлах 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.

Эффект гигантского электрода на туннельное электросопротивление в сегнетоэлектрических туннельных переходах

Дифракция рентгеновских лучей

Высококачественные эпитаксиальные гетероструктуры LSMO / BTO, использованные в данной работе, были нанесены на монокристаллический SrTiO с ориентацией (001) 3 (STO) субстрат.АСМ-измерения на гетероструктурах LSMO / BTO выявили атомно-плоские террасы, разделенные ступеньками высотой ~ 0.4 нм (одна элементарная ячейка), что аналогично таковым для подложки STO (показанной на рис. 1д). Картины дифракции рентгеновских лучей (XRD) показали, что их кристаллографические плоскости были параллельны плоскостям (001) STO (см. Рис. 1a), то есть ось тетрагонального BTO c была перпендикулярна поверхности подложки. Для оценки деформаций, вызванных подложкой, и для оценки параметров решетки гетероструктур, измерение обратного пространства в рентгеновских лучах проводилось вокруг асимметричного (103) брэгговского отражения.Как видно из карты обратного пространства, показанной на рис. 1b, гетероструктуры LSMO / BTO были полностью напряжены сжатием, обеспечивая высокую поляризацию в пленке BTO , 16, . Постоянные решетки в плоскости и перпендикулярно плоскости ультратонкой пленки BTO оказались равными 3,905 и 4,134 Å соответственно.

Рисунок 1: XRD и PFM анализ гетероструктуры LSMO / BTO.

( a ) XRD-диаграмма гетероструктуры LSMO / BTO, нанесенной на монокристаллическую подложку STO с ориентацией (001).( b ) Карта обратного пространства вокруг асимметричного (103) брэгговского отражения, измеренная на гетероструктуре LSMO (30 нм) / BTO (3 нм). ( c ) Гистерезис фазовых и амплитудных сигналов ЧИМ, измеренных на голой поверхности пленки BaTiO 3 толщиной 3 нм, как функция смещения, приложенного через проводящий наконечник. ( d ) Фазовое изображение PFM квадратных доменов с нисходящей и восходящей поляризацией, записанное с ± 3 В на той же пленке BaTiO 3 . ( e ) АСМ изображение топографии области поверхности (4 × 4 мкм 2 ), содержащей записанные домены.( f ) Электротоковое изображение одних и тех же записанных доменов с нисходящей и восходящей поляризацией.

PFM и C-AFM

Сегнетоэлектрические свойства пленки BTO были исследованы при комнатной температуре с помощью PFM. Сначала мы измерили локальный внеплоскостной пьезоотклик на оголенной поверхности пленки BTO толщиной 3 нм. Как показано на рис. 1c, отчетливое гистерезисное поведение наблюдалось как в фазовых (разность ~ 180 °), так и в амплитудных сигналах, полученных на резонансной частоте кантилевера (542 кГц) в зависимости от напряжения В, , приложенного к Наконечник C-AFM (LSMO BE был заземлен).Эти результаты ясно показывают сегнетоэлектрическое переключение пленки BTO толщиной 3 нм. Сегнетоэлектрические коммутационные (коэрцитивные) напряжения, создающие нисходящую поляризацию P (направленную к LSMO BE) и восходящую поляризацию P (направленную к наконечнику C-AFM), составили около +2,5 и −1,2 В соответственно.

Приложив к игле постоянное напряжение В = ± 3 В и сканируя поверхность пленки, мы поляризовали различные области пленки BTO.На рисунке 1d показано фазовое изображение PFM полярной пленки, полученное на частоте, близкой к резонансной частоте кантилевера. Поскольку ультратонкая пленка BTO подвергалась высокой двухосной деформации сжатия в плоскости ~ 2%, обеспечивающей ориентацию поляризации перпендикулярно плоскости 20 , большой фазовый контраст ~ 180 ° между квадратными доменами, обозначенными как +3 и −3 В качественно демонстрирует появление состояний P и P соответственно.Неполяризованная область за пределами большей области демонстрирует спонтанную поляризацию вне плоскости P , что может быть связано с наличием деформаций, вызванных подложкой, и внутреннего смещения в пленке BTO. Изображение топографии, полученное во время получения фазового изображения PFM, указывает на отсутствие деформации поверхности во время полировки пленки (см. Рис. 1e). Интересно отметить, что изменения локальной проводимости пленки BTO после переключения поляризации не наблюдалось, как это видно на карте тока, показанной на рис.1f. Этот вывод не согласуется с предыдущими наблюдениями 23 . Мы полагаем, что это произошло из-за очень низкого тока утечки барьера BTO (см. Рис. 2b и 3b) и высокого контактного сопротивления между зондом и поверхностью BTO, которые уменьшают ток ниже чувствительности измерения нашего прибора (~ 1 pA).

Рисунок 2: Эффект TER в LSMO / BTO / Au FTJ.

( a ) Гистерезисное поведение сигналов фазы и амплитуды ЧИМ, нанесенное на график как функция напряжения смещения, приложенного к Au TE LSMO / BTO / Au FTJ.( b ) Типичная кривая I – V и ( c ) соответствующее поведение R – V (CC обозначает ток соответствия). ( d ) Зависимость TER от смещения, полученная из характеристик R – V в затененном диапазоне напряжений. Все измерения проводились при комнатной температуре с использованием C-AFM.

Рисунок 3: Эффект TER в LSMO / BTO / Cu FTJ.

( a ) Типичные сигналы фазы и амплитуды ЧИМ, полученные на LSMO / BTO / Cu FTJ.( b ) Типичный I – V и ( c ) соответствующие характеристики R – V того же FTJ. ( d ) Зависимость TER от смещения, полученная из характеристик R – V в затененном диапазоне напряжений.

Наблюдение эффекта гигантского электрода на TER

Затем мы исследовали сегнетоэлектрические свойства барьеров BTO, зажатых между двумя электродами в законченных FTJ. Последние были изготовлены путем покрытия пленки BTO толщиной 3 нм, выращенной на LSMO, слоями Au и Cu с площадью 2 мкм 2 , а измерения PFM проводились с иглой C-AFM, приведенной в контакт с TE.На рисунках 2а и 3а показаны фаза и амплитуда локального внеплоскостного пьезоотклика для FTJ с Au и Cu TE соответственно. Наблюдаемое воспроизводимое изменение фазы пьезоотклика на ~ 180 ° во время развертки напряжения указывает на то, что пленка BTO сохраняет свое сегнетоэлектрическое состояние и в присутствии ТЕ. Следует отметить, что расширенные ТЕ минимизируют электростатический вклад в сигнал ЧИМ и делают электрическое поле внутри зондируемой пленки почти однородным 42 .Следовательно, можно ожидать значительных различий в коэрцитивных напряжениях между случаями голой пленки BTO при прямом контакте игла с BTO (рис. 1c) и пленкой BTO, покрытой TE (рис. 2a и 3a). Было обнаружено, что коэрцитивные напряжения барьера BTO, покрытого ТЕ, определенные по минимумам амплитуды пьезоотклика, имеют распределения в диапазонах В, , вниз ≈0,3−0,8 В для P P переключение и В до ≈ −0.25−0,2 В для P P one. Следовательно, среднее коэрцитивное поле E c = | V вниз V вверх | / 2 t пленки BTO толщиной t = 3 нм колеблется от 0,6 до 1 МВ см −1 . Эти значения согласуются с коэрцитивными полями, указанными для очень тонких ( t ~ 5 нм) пленок BTO ранее 17,43,44 . Этот результат является убедительным свидетельством хорошего качества изготовленного ультратонкого барьера BTO.

Чтобы исследовать эффект TER, те же FTJ были дополнительно охарактеризованы путем измерения их гистерезисных кривых I – V . С этой целью к Au и Cu TE через наконечник C-AFM прикладывались квазистатические развертки напряжения со скоростью развертки 0,05 В · с −1 . БЭ был заземлен, и во время измерений был установлен податливый ток 1 нА, чтобы избежать мягкого диэлектрического пробоя переходов. Типичные кривые I – V и соответствующие им зависимости сопротивления от напряжения ( R V ) показаны на рис.2 (FTJ с Au TE) и рис. 3 (FTJ с Cu TE) (мы берем R = V / I ). В отличие от соединения LSMO / BTO / наконечник, FTJ с расширенными TE демонстрируют гистерезисное поведение I – V , характеризующееся двумя разными сопротивлениями: R и R + . Хотя эти сопротивления значительно изменяются в зависимости от приложенного напряжения, существование различных состояний высокого и низкого сопротивления FTJ очевидно. Следует отметить, что начальное высокоомное состояние (HRS с R = R ) переходит в низкоомное состояние (LRS с R = R + ) при определенном плюсе. напряжение и восстанавливается во время развертки отрицательного напряжения.

Обнаруженное гистерезисное электрическое поведение и возникновение событий резистивного переключения при коэрцитивных напряжениях барьера BTO (сравните панели a и b на рисунках 2 и 3) указывают на эффект FE-TER. Важно отметить, что эти особенности воспроизводятся в течение 20 циклов развертки напряжения. Очевидный эффект FE-TER был количественно оценен с помощью отношения TER ( R R + ) / R + , построенного как функция приложенного напряжения на рисунках 2d и 3d.Видно, что для обоих FTJ (с Au и Cu TE) наблюдаемые отношения TER монотонно увеличиваются с увеличением напряжения, не показывая максимума при нулевом смещении. Поскольку для неразрушающих электрических измерений преобразователей FTJ требуется установка податливого тока, коэффициент TER не может быть оценен во всем диапазоне напряжений.

Хотя FTJ с Au и Cu TE демонстрируют качественно похожие характеристики FE-TER, их отношения TER резко различаются. Действительно, рис. 2d и 3d показывают, что отношение TER LSMO / BTO / Au FTJ изменяется от 2 при V = 50 мВ до примерно 5 при V ≈0.15 В, в то время как LSMO / BTO / Cu FTJ показывает TER ~ 1000 при В = 0,1-0,15 В. Таким образом, отношения TER двух FTJ могут отличаться более чем на два порядка при одном и том же напряжении. Это резкое различие демонстрирует эффект гигантского электрода на TER, который дополнительно подтверждается отсутствием измеримого резистивного переключения в переходах LSMO / BTO / острие при инверсии поляризации (см. Рис. 1f).

Происхождение эффекта гигантского электрода в асимметричных FTJ.

Попытаемся теперь найти разумное физическое объяснение обнаруженного эффекта гигантского электрода на FE-TER и его зависимость от напряжения.TER, проявляемый асимметричными FTJ, может быть отнесен к (i) эффекту деполяризующего поля 12,13 или / и (ii) микроскопическому межфазному эффекту 12,45 . До сих пор теоретические исследования этих эффектов были в основном сосредоточены на результирующих отношениях TER при нулевом напряжении, поскольку ожидается, что два противоположных состояния остаточной поляризации будут одинаково стабильны при В = 0 (то есть В и выше). = – В вниз ). Однако это верно только при отсутствии внутреннего электрического поля в туннельном барьере, что может быть вызвано, например, разницей в работе выхода между TE и BE 46,47 .Поскольку это внутреннее электрическое поле смещает центр петли гистерезиса поляризационного напряжения от В, = 0 до определенного конечного напряжения, характерное отношение TER больше не ожидается при нулевом напряжении. Эту особенность следует учитывать при теоретическом описании наших асимметричных FTJ, где внутреннее электрическое поле оказывается значительным (см. Рис. 2а и 3а).

Для описания зависимости ПВО от приложенного напряжения можно использовать модель трапециевидного барьера 47 .Эта модель позволяет рассчитать плотность туннельного тока J = I / A как функцию напряжения В , используя высоту барьера φ 1 и φ 2 на двух сегнетоэлектриках – границы раздела электродов, толщина барьера t , заряд электрона e и эффективная масса m b туннельных носителей заряда в барьере в качестве входных параметров. Для преград с толщиной и напряжениями, удовлетворяющими неравенству | эВ | / 2 1 , 2 }, было получено следующее аналитическое соотношение: 48

где и ħ – приведенная постоянная Планка.Используя уравнение (1), можно найти проводимость FTJ G = JA / V и сопротивление R = 1/ G , которые могут зависеть от ориентации поляризации в барьере из-за связанных изменений в φ 1 и φ 2 . Когда в этих изменениях преобладает эффект деполяризующего поля, из электростатических соображений получаем

, где и – высота барьера в отсутствие сегнетоэлектрической поляризации, P 3 = P 3 ( t ) – зависящая от толщины равновесная внеплоскостная поляризация в барьере, c m1 и c м2 – емкости экранирующих пространственных зарядов (на единицу площади) в разнородных TE и BE, и общая межфазная емкость.Уравнение (2) показывает, что средняя высота барьера изменяется на величину после инверсии поляризации, что вызывает эффект TER в асимметричных FTJ.

Микроскопическое межфазное влияние на профиль барьера возникает из-за сегнетоэлектрических сдвигов ионов на двух границах раздела барьер-электрод 12 . Следовательно, мы можем описать это феноменологически через отношения и. В асимметричных FTJ с двумя разнородными электродами ξ 1 ξ 2 , так что инверсия поляризации снова изменяет среднюю высоту барьера, тем самым создавая TER.В общем, как деполяризующее поле, так и микроскопические межфазные эффекты значительно влияют на высоту барьера на двух границах раздела сегнетоэлектрик-электрод. В первом приближении это совместное влияние можно количественно оценить соотношениями и. Эти формулы показывают, что разделить два вклада в эффект ПВО с помощью анализа экспериментальных данных довольно сложно. Кроме того, поскольку измерения емкости предоставляют информацию только об общей межфазной емкости (см. Ниже), необходимы дополнительные симметричные образцы с идентичными электродами для определения c m1 и c m2 .С другой стороны, расчеты из первых принципов позволяют оценить деполяризующее поле и микроскопические межфазные эффекты на TER по отдельности 45 .

Когда отклонения 1 и 2 с напряжением пренебрежимо малы, сопротивление R ( В, ) асимметричного перехода демонстрирует параболическое поведение с максимумом, расположенным на некотором удалении. – нулевое напряжение В м (см. рис. 4а). В результате коэффициент TER может значительно изменяться с изменением напряжения, показывая монотонный рост для рассматриваемого типичного FTJ (см.рис.4б). Примечательно, что отношения TER обоих экспериментально изученных FTJ демонстрируют одну и ту же общую тенденцию (рис. 2d и 3d). Следует отметить, что наблюдаемые зависимости от напряжения высоких сопротивлений R наших переходов (рис. 2c и 3c) в основном похожи на предсказанное уменьшение сопротивления с увеличением разности | V V м |. В то же время низкоомные R + показывают обратное поведение.

Рисунок 4: Теоретический анализ эффекта TER.

( a , b ) Зависимости сопротивления FTJ от напряжения в двух состояниях поляризации и отношения TER, рассчитанные для типичного перехода с использованием следующих параметров, взятых из справ. 48: φ 1 = 0,48 эВ, φ 2 = 0,96 эВ ( R + ), φ 1 = 0,24 эВ, φ 2 = 1,52 эВ ( R ) и m b равняется массе свободного электрона m e .( c , d ) Типичные кривые I – V переходов LSMO / BTO / Au и LSMO / BTO / Cu, соответственно, и их аппроксимация уравнением (1) (серые линии). ( e ) Статистические данные о высоте барьера φ 1 и φ 2 , определенные путем аппроксимации кривых I – V FTJ с Au и Cu TE, измеренных на пяти различных стыках одной и той же площади. (2 мкм 2 ) для каждого типа FTJ (на вставке изображен схематический профиль электрохимического потенциала электрона μ e через переход).( f ) Статистические данные по отношениям TER FTJ с Au и Cu TE, полученные из одних и тех же пяти переходов для каждого типа FTJ.

Однако высота барьеров, не зависящих от напряжения, не характерна для FTJ. Действительно, φ 1 и φ 2 должны изменяться из-за зависимости поляризации P 3 от электрического поля E 3 в сегнетоэлектрическом барьере. Кроме того, деформации решетки пьезоэлектрического происхождения изменяют положение края зоны проводимости 12 , что может значительно изменить φ 1 и φ 2 .Эти особенности FTJ могут изменить зависимость R ( V ), когда высота барьера при V = 0 мала, как и ожидается для LRS ( R = R + ). Влияние пьезоэлектрических деформаций на толщину барьера t и эффективную массу электронов m b может усложнить зависимость сопротивления перехода от напряжения и TER дополнительно 12 .

Чтобы выяснить, может ли наблюдаемый эффект гигантского электрода на TER быть вызван влиянием TE на деполяризующее поле в туннельном барьере, мы измерили плотности емкости c LSMO / BTO / Cu и LSMO / BTO / Au Гетероструктуры в зависимости от толщины БТО t (см.рис.5). Поскольку обратная емкость c -1 линейно зависит от t , можно определить межфазные емкости c i двух гетероструктур. Экстраполируя c −1 ( t ) на нулевую толщину, мы обнаружили, что и. Эти соотношения указывают на то, что емкость интерфейса BTO / Cu меньше, чем у интерфейса BTO / Au, то есть c Cu < c Au .В то же время положительная развертка напряжения, приложенная к Cu или Au TE, приводит к скачку от HRS к LRS (см. Рис. 2b и 3b). Чтобы объяснить этот тип сегнетоэлектрического резистивного переключения эффектом деполяризующего поля, необходимо предположить, что емкость интерфейса LSMO / BTO меньше, чем у BTO / Cu и BTO / Au 12 . Используя это дополнительное требование, получаем неравенство c LSMO < c Cu < c Au , которое можно переписать в виде.Следовательно, ожидается, что величина вызванного деполяризующим полем изменения средней высоты барьера после инверсии поляризации будет больше в переходе LSMO / BTO / Au, чем в переходе LSMO / BTO / Cu. Поскольку TER в основном регулируется, мы приходим к выводу, что эффект деполяризующего поля приведет к увеличению отношения TER после замены Cu TE на Au. Этот вывод, который подтверждается точным анализом, основанным на уравнениях (1) и (2), противоположен наблюдениям.Из-за этого противоречия мы, вероятно, можем исключить, что вызванные ТЕ изменения деполяризующего поля ответственны за эффект гигантского электрода на TER, наблюдаемый в наших FTJ.

Рис. 5. Определение межфазных емкостей переходов LSMO / BTO / Au (Cu).

Зависимость обратной плотности емкости от толщины, полученная для сегнетоэлектрических конденсаторов на основе LSMO / BTO с ТЭ из Au и Cu размером 2500 мкм 2 . Прямые линии соответствуют экспериментальным данным.

Таким образом, обнаруженная большая разница в соотношении TER между LSMO / BTO / Cu и LSMO / BTO / Au FTJ должна быть отнесена на счет микроскопического межфазного эффекта. Чтобы продемонстрировать возможность такого объяснения, мы аппроксимировали измеренные кривые I – V в диапазоне малых напряжений, используя уравнение (1). Высота барьера φ 1 и φ 2 рассматривалась как регулируемые параметры, не зависящие от приложенного напряжения в рассматриваемом диапазоне напряжений, а эффективная масса m b принималась равной массе свободного электрона. m e (исх.48). Как видно из рис. 4c, d, кривые I – V обоих FTJ могут быть аппроксимированы уравнением (1) с хорошей точностью для обоих состояний сопротивления. Высота барьера, определенная методом наименьших квадратов, имеет следующие значения: φ 1 = 0,26 эВ, φ 2 = 0,78 эВ ( R + ) и φ 1 = 0,24 эВ, φ 2 = 0,92 эВ ( R ) для LSMO / BTO / Au FTJ и φ 1 = 0.30 эВ, φ 2 = 0,61 эВ ( R + ) и φ 1 = 0,37 эВ, φ 2 = 0,76 эВ ( R ) для LSMO / BTO / Cu FTJ. Эти значения высоты барьера аналогичны значениям, полученным Gruverman и др. . 48 для соединений SrRuO 3 / BTO / Pt.

Для получения статистических данных об изменении высоты барьера от стыка к стыку и от цикла к циклу процедура подбора была повторена для пяти разных FTJ каждого типа (с одинаковой площадью 2 мкм 2 ) и для пяти I – V циклов для каждого перехода в среднем.Полученные результаты, обобщенные на рис. 4д, демонстрируют, что, несмотря на значительные вариации значений φ 1 и φ 2 , все высоты барьеров имеют разумные величины ~ 0,25−1 эВ. Интересно отметить, что изменение Δ φ 2 высоты барьера φ 2 на границе BTO / Au (Cu) при переключении между R + и R представляется значительным. больше в случае Cu TE.Напротив, только небольшие изменения высоты барьера φ 1 на интерфейсе LSMO / BTO происходят после резистивного переключения. Поскольку отношение TER определяется изменениями высоты барьера, эффект гигантского электрода на TER может быть объяснен разницей в Δ φ 2 между переходами с Cu и Au TE. Важно отметить, что все пять изученных FTJ с Cu TE имеют гораздо более высокие отношения TER, чем пять контактов с Au TE (см. Рис. 4f). Следовательно, обнаруженный эффект гигантского электрода имеет высокую воспроизводимость.Типичные кривые I – V для оцениваемых FTJ показаны на дополнительном рисунке 1.

Следует подчеркнуть, что для гарантии сильного эффекта FE-TER требуется тщательный расчет FTJ. Теоретические расчеты предсказывают, что изменение средней высоты барьера в результате инверсии поляризации прямо пропорционально средней внеплоскостной поляризации ‹ P 3 › в сегнетоэлектрической прослойке. Следовательно, в этом слое должны быть созданы соответствующие электромеханические условия, улучшающие ‹ P 3 ›.В частности, выбор электродных материалов должен обеспечивать достаточно большую общую межфазную емкость, в то время как подложка, используемая для изготовления устройства, должна создавать высокие сжимающие деформации в плоскости, уменьшающие пагубное влияние деполяризующего поля на ‹ P 3 20 . В то же время численные оценки, основанные на типичных значениях поляризации ультратонких пленок BTO ( P 3 ~ 0,3 Ccm −2 ) 16 и разнице между емкостями обратного пространственного заряда электродов из элементарные металлы и проводящие оксиды () 20,49 показывают, что эффект деполяризующего поля, как ожидается, внесет значительный вклад в TER FTJs с участием BTO-барьера (~ 0.3−0,5 эВ). Соответственно, микроскопический межфазный эффект на TER в наших FTJ оказывается достаточно сильным, чтобы преодолеть эффект деполяризующего поля, и при разработке FTJ следует учитывать сосуществование этих двух эффектов. Наконец, встроенное электрическое поле, обычно существующее в асимметричных FTJ, также влияет на их TER. Когда это поле превышает соответствующее коэрцитивное поле сегнетоэлектрического барьера, эффект TER больше не присутствует при нулевом напряжении. Хотя встроенное поле может быть скомпенсировано внешним полем, создаваемым приложенным смещением В, , оно все же влияет на коэффициент TER при заданном напряжении.Как видно из рисунков 2d и 3d, в наших FTJ отношение TER довольно мало при V = 0. Следовательно, требуется достаточное напряжение смещения для достижения сильного изменения сопротивления после реверсирования поляризации, которое требуется для приложений памяти FTJ.

Зависимость эффекта гигантского электрода от площади

Эффект гигантского электрода, рассмотренный до сих пор, наблюдался для FTJ с площадью 2 мкм 2 . Чтобы определить возможную зависимость этого эффекта от площади перехода, мы изучили поведение I – V дополнительных FTJ трех различных площадей (45, 400 и 2500 мкм 2 ).Четыре соединения каждой области были исследованы, чтобы оценить изменения электрических свойств между переходами. На рисунке 6 приведены экспериментальные результаты, полученные для сопротивлений R и R + , измеренных при напряжении 0,05 В во время восходящей и нисходящей разверток напряжения и соответствующего отношения электросопротивления (ER) ( R R + ) / R + . Видно, что оба сопротивления быстро уменьшаются с увеличением площади электрода, а FTJ с площадью 2 мкм 2 имеют более высокие сопротивления, чем ожидалось при экстраполяции результатов, полученных для больших FTJ.Кроме того, отношение ER сильно уменьшается с увеличением площади электродов для FTJ обоих изученных типов и даже меняет знак для некоторых переходов с Au TE (см. Рис. 6c).

Рисунок 6: Зависимость эффекта электросопротивления от площади.

Сопротивления R и R + , измеренные при напряжении 0,05 В во время восходящей и нисходящей развертки напряжения для FTJ с ( a ) Au ( b ) и Cu TE различных областей (2, 45, 400 и 2500 мкм 2 ) и ( c ) соответствующий коэффициент электросопротивления ( R R + ) / R + .Серые треугольники указывают на наклон единства. Обратите внимание, что средний коэффициент ER для FTJ с размером Au TE размером 2 45 мкм был, по-видимому, отрицательным; он отдельно нанесен на c с использованием открытого квадрата.

Эти наблюдения, скорее всего, предполагают наличие другого транспортного механизма в наших FTJ, который действует параллельно с туннелированием электронов и становится более важным в переходах с большими площадями. Этот механизм может быть объяснен дефектами пленки BTO, такими как ямки травления, пустоты, дислокации и посторонние частицы (см.рис.1e), которые могут вводиться случайным образом во время обработки подложки или роста пленки. Наличие таких дефектов, которые, вероятно, служат локальными путями проводимости, гораздо более вероятно в больших FTJ. Следовательно, электрический ток, протекающий через такие дефекты, должен увеличиваться с увеличением площади перехода и в FTJ с большими площадями может стать даже сильнее, чем ток, вызванный туннелированием электронов. Ввиду вероятного наличия другого механизма переноса в этом разделе мы использовали термин «электросопротивление» вместо TER.

Переключение сопротивления на основе окислительно-восстановительного потенциала

Хотя возникновение резистивного переключения в наших FTJ при коэрцитивных напряжениях барьера BTO указывает на его сегнетоэлектрическое происхождение, BTO также известен как материал для переключения сопротивления на основе окислительно-восстановительного потенциала 35 . Следовательно, критически важно исследовать резистивное переключение на основе окислительно-восстановительного потенциала наших FTJ, чтобы четко отличить этот механизм от эффекта FE-TER. Известно, что процесс гальванопластики обычно требуется для активации явления переключения сопротивления на основе окислительно-восстановительного потенциала в сложных оксидных материалах 50 .Гальванопластика обычно достигается за счет приложения сильных электрических полей, которые могут привести к мягкому разрушению изолирующего оксидного слоя. Такие поля вызывают образование локализованных (нитевидных), богатых дефектами и структурно / химически измененных областей, которые имеют гораздо более высокую электропроводность, чем окружающая изолирующая матрица. Можно предположить, что эффекты переключения сопротивления на основе окислительно-восстановительного потенциала являются результатом физических / химических фазовых превращений, происходящих где-то вдоль этих дефектных проводящих нитевидных путей, которые могут быть вызваны, например, локальным джоулевым нагревом в сочетании со значительным перераспределением подвижных ионных частиц. вид под действием электрического поля 50 .

В настоящем исследовании, учитывая электрические поля, необходимые для запуска мягкого пробоя туннельного барьера BTO, мы применили квазистатические развертки напряжения сравнительно большого диапазона (начиная с максимального отрицательного напряжения) к LSMO / BTO / Au и LSMO Гетероструктуры / BTO / Cu, использующие наконечник C-AFM для контакта с TE. На рис. 7 показаны измеренные характеристики I – V и соответствующие R – V для переключения сопротивления на основе окислительно-восстановительного потенциала переходов LSMO / BTO / Au и LSMO / BTO / Cu.Можно ясно видеть, что в этом случае напряжения, необходимые для переключения на LRS и обратно на HRS, в пять-десять раз выше, чем средние напряжения переключения эффекта FE-TER. Соответственно, электрические поля, необходимые для переключения на основе окислительно-восстановительного потенциала ( ~ ,4-8 МВ · см -1 ), оказываются намного выше, чем сегнетоэлектрическое коэрцитивное поле исследуемого слоя BTO. Это резкое различие может быть связано с высокими энергиями активации микроскопических процессов, управляющих резистивным переключением на основе окислительно-восстановительного потенциала, таких как индуцированная полем миграция / перераспределение анионов и / или катионов в оксидных материалах 39,50,51 .Эти энергии, вероятно, значительно превышают энергию активации зарождения сегнетоэлектрических доменов в электрических полях, приближающихся к коэрцитивному полю нашего ультратонкого слоя BTO.

Рисунок 7: Переключение сопротивления на основе окислительно-восстановительного потенциала.

Типичные характеристики переключения сопротивления на основе окислительно-восстановительного потенциала ( I – V и R – V ) гетероструктур LSMO / BTO с ТЭ ( a ) Au и ( b ) Cu. На обеих панелях серая кривая показывает характеристику I – V .Синяя и красная кривые демонстрируют характеристики R – V для FTJ с Au и Cu TE соответственно. CC, соответствие току. На верхней горизонтальной оси показано электрическое поле в туннельном барьере, которое соответствует приложенному напряжению, заданному нижней горизонтальной осью.

Показан недавний прогресс в молекулярной электронике – исследовательский портал Университета Гронингена

TY – JOUR

T1 – Перенос заряда через молекулярные ансамбли: Последние достижения в молекулярной электронике представлены

AU – Liu, Yuru

AU – Soni, Saurabh

AU – Qiu, Xinkai

AU – Chiechi, Ryan

PY – 2021/6

Y1 – 2021/6

N2 – В этом обзоре рассматриваются соединения ансамбля молекул, в которых отдельные молекулы монослоя охватывают два электроды.Эта геометрия способствует квантово-механическому туннелированию как доминирующему механизму переноса заряда, который переводит возмущения в масштабе длин связей в нелинейные электрические отклики. Возможность влиять на эти отклики при низких напряжениях и с помощью различных входов, таких как де / протонирование, поглощение фотонов, изомеризация, окисление / восстановление и т. Д., Создает возможность изготавливать электронные устройства в масштабе молекулы, которые дополняют; продлевать; и, в некоторых случаях, превосходит обычную полупроводниковую электронику.Более того, эти молекулярные устройства частично изготавливаются сами по себе, определяя особенности нанометрового размера с атомарной точностью посредством самосборки. Хотя эти соединения имеют много общих свойств с соединениями одиночных молекул, они также обладают уникальными свойствами, которые создают другой набор проблем и демонстрируют уникальные свойства. Первичный компромисс ансамблевых соединений – сложность для функциональности; Неупорядоченные молекулярные ансамбли значительно труднее моделировать, особенно атомистически, но они статичны и могут быть включены в интегральные схемы.Прогресс в направлении полезной функциональности ускорился в последние годы, наряду с более глубоким научным пониманием посредничества в переносе заряда ансамблями молекул и экспериментальными платформами, которые позволяют эмпирическим исследованиям контролировать дефекты и артефакты. В этом обзоре стыки разделяются компромиссами, сложностью и чувствительностью их составляющих; нижний электрод, к которому ансамбли прикреплены, и характер химического состава закрепления как химически, так и в отношении электронного взаимодействия; молекулярный слой и взаимосвязь между электронной структурой, механизмом переноса заряда и электрическим выходом; и верхний электрод, который реализует отдельный переход, определяя его геометрию и вторую границу раздела молекула-электрод.В связи с растущим интересом и доступностью этой междисциплинарной области, в настоящее время существует достаточное разнообразие в каждой из этих частей, чтобы иметь возможность рассматривать их по отдельности. Если смотреть с этой точки зрения, возникают четкие взаимосвязи между структурой и функцией, которые могут служить в качестве правил проектирования для извлечения полезной функциональности.

AB – В этом обзоре рассматриваются соединения ансамбля молекул, в которых каждая отдельная молекула монослоя охватывает два электрода. Эта геометрия способствует квантово-механическому туннелированию как доминирующему механизму переноса заряда, который переводит возмущения в масштабе длин связей в нелинейные электрические отклики.Возможность влиять на эти отклики при низких напряжениях и с помощью различных входов, таких как де / протонирование, поглощение фотонов, изомеризация, окисление / восстановление и т. Д., Создает возможность изготавливать электронные устройства в масштабе молекулы, которые дополняют; продлевать; и, в некоторых случаях, превосходит обычную полупроводниковую электронику. Более того, эти молекулярные устройства частично изготавливаются сами по себе, определяя особенности нанометрового размера с атомарной точностью посредством самосборки. Хотя эти соединения имеют много общих свойств с соединениями одиночных молекул, они также обладают уникальными свойствами, которые создают другой набор проблем и демонстрируют уникальные свойства.Первичный компромисс ансамблевых соединений – сложность для функциональности; Неупорядоченные молекулярные ансамбли значительно труднее моделировать, особенно атомистически, но они статичны и могут быть включены в интегральные схемы. Прогресс в направлении полезной функциональности ускорился в последние годы, наряду с более глубоким научным пониманием посредничества в переносе заряда ансамблями молекул и экспериментальными платформами, которые позволяют эмпирическим исследованиям контролировать дефекты и артефакты.В этом обзоре стыки разделяются компромиссами, сложностью и чувствительностью их составляющих; нижний электрод, к которому ансамбли прикреплены, и характер химического состава закрепления как химически, так и в отношении электронного взаимодействия; молекулярный слой и взаимосвязь между электронной структурой, механизмом переноса заряда и электрическим выходом; и верхний электрод, который реализует отдельный переход, определяя его геометрию и вторую границу раздела молекула-электрод.В связи с растущим интересом и доступностью этой междисциплинарной области, в настоящее время существует достаточное разнообразие в каждой из этих частей, чтобы иметь возможность рассматривать их по отдельности. Если смотреть с этой точки зрения, возникают четкие взаимосвязи между структурой и функцией, которые могут служить в качестве правил проектирования для извлечения полезной функциональности.

U2 – 10.1063 / 5.0050667

DO – 10.1063 / 5.0050667

M3 – Обзорная статья

VL – 2

JO – Обзор химической физики

JF – Обзор химической физики

SN – 2688-4070

IS – 2

M1 – 021303

ER –

Обесцвечивание и минерализация реактивного черного-5 электродами, покрытыми оксидом переходного металла, путем электрохимического окисления Научная работа по теме «Химические науки»

Доступно на сайте www.sciencedirect.com

SciVerse ScienceDirect

Разработка процедур 51 (2013) 335 – 341

Разработка процедур

www.elsevier.com/locate/procedia

Обесцвечивание и минерализация реактивной сажи-5 электродами, покрытыми оксидом переходного металла, с помощью электрохимии

окисление

Bhavna D Soni, Jayesh P Ruparelia

Кафедра химического машиностроения, Технологический институт, Университет Нирма Ахмедабад-382481, Индия

Абстрактные

Электрохимическое окисление RB-5 исследовали на термически приготовленных электродах Ti / CuOx, Ti / NiO, Ti / CoOx, Ti / AgOx.Синтетические сточные воды с концентрацией 100 мг / л реактивной сажи-5 были приготовлены в качестве модельного компонента для электрохимической очистки. Электроокисление проводили в прерывистом режиме в гальваностатических условиях, оборудованном однокамерной электрохимической ячейкой. Изготовленным в лаборатории DSA электродам позволяли обесцвечивать и минерализовать RB-5 при постоянной плотности тока 50 мА / см2 при кислом pH и в присутствии соединения хлора. Эффективность различных электродов измерялась с точки зрения уменьшения цвета, ХПК и ТОС с течением времени.Это подтверждает, что все электроды доказали свою эффективность для снижения цвета и ХПК, но не очень перспективны для снижения ТОС.

© 2013 Авторы. Опубликовано Elsevier Ltd.

Отбор и экспертная оценка под ответственностью Технологического института Университета Нирма, Ахмедабад. Ключевые слова: реактивная сажа-5, электроды с покрытием из оксида переходного металла, обесцвечивание, периодический процесс

Номенклатура

COD химическая потребность в кислороде DSA стабильный анод

ТОС общий органический углерод OER реакция выделения кислорода

CER реакция выделения хлора БПК Биохимическая потребность в кислороде

РБ-5 реактивный черный-5 оборотов в минуту

КПД мгновенного тока ДВС

1.Введение

Текстильная промышленность – одна из самых длинных и сложных производственных цепочек в обрабатывающей промышленности, спрос в основном определяется тремя основными конечными потребителями: одежда, предметы домашнего обихода и промышленное использование [1]. Сточные воды печатных и красящих агрегатов часто имеют насыщенный цвет, содержат остатки реактивных красителей и химикатов, таких как сложные компоненты, много аэрозолей, с высокой цветностью, с высокой концентрацией ХПК и БПК, а также с гораздо более трудноразлагаемыми материалами [1].Эти ароматические и гетероциклические соединения с группами цветного отображения и полярными группами являются более сложными и стабильными, что затрудняет деградацию сточных вод при печати и крашении [2]. В Индии насчитывается около 10 000 производителей одежды и 2100 предприятий по отбеливанию и окрашиванию. и большинство из них сосредоточено в штатах Тамил Наду, Пенджаб, Гуджарат и Махараштра [1]. Распределение этих единиц смещено в сторону западных регионов (Махараштра и Гуджарат), составляющих 90% [3].Фактически, почти 80% всех мощностей находится в штате Гуджарат [3]. Эти отрасли промышленности производят большое количество сточных вод с интенсивным окрашиванием и очень высоким ХПК (25000-27000) мг O2 / л [4]. При использовании первичной, вторичной и третичной обработки физических, химических, биологических средств и обработки осадка очень трудно снизить высокий ХПК, БПК до уровня, установленного комиссией по контролю за загрязнением. Эти очищенные сточные воды

* Автор, ответственный за переписку. Тел .: +91 94313 Адрес электронной почты: [email protected]

1877-7058 © 2013 Авторы. Опубликовано Elsevier Ltd.

Отбор и экспертная оценка под ответственностью Технологического института Университета Нирма, Ахмедабад. DOI: 10.1016 / j.proeng.2013.01.046

с высоким содержанием ХПК / БПК и красителем затем возвращается в окружающую среду путем смешивания с речной или другой пресной водой, которая также загрязняет пресную воду. Земля рядом с такой водой поглощает вредные загрязнения и подвергается воздействию.

Возможность различных усовершенствованных процессов окисления, основанных на озоне, перекиси водорода, УФ-излучении, сонохимических процессах и их комбинациях для обработки таких загрязнителей, изучается, но их применение в промышленных масштабах все еще остается трудным [5]. Электрохимическим методам в настоящее время уделяется больше внимания из-за таких преимуществ, как универсальность, экологическая совместимость и потенциальная экономическая эффективность [5]. Электрохимический метод обеспечивает высокую эффективность удаления, но скорость разложения загрязняющих веществ зависит от различных параметров, таких как тип электрода [6], основной металл электрода, металлы покрытия электрода и его состав, конструкция электрохимической ячейки, pH, плотность тока, типы и концентрация загрязняющих веществ. , способ приготовления электродов, поддерживающий электролит и расход.Для электрохимической ячейки с изготовленным электродом можно оптимизировать рабочие параметры, такие как типы и концентрация загрязняющих веществ, плотность тока, pH, плотность тока и электролит.

Хорошо известно, что электродный материал является ключевым фактором в развитии техники электрохимического окисления, поскольку известно, что электродный механизм и получаемые продукты зависят от материала анода [7, 8]. Требуемые электроды должны соответствовать трем требованиям; (1) высокая эффективность деградации загрязняющих веществ; 2) высокая стабильность в условиях анодной поляризации; (3) низкие производственные затраты [8].DSA (размерно-стабильный анод) – это электродные материалы, содержащие проводящие оксиды металлов, имеющие высокую площадь поверхности (шероховатость), которые можно легко модифицировать, отличные механические, электрические и электрокаталитические свойства, иммобилизованный катализатор, который можно модулировать, вводя модулирующий оксид (бинарный и тройной). оксидной смеси), можно исследовать реакцию выделения хлора и кислорода, и они являются экологически чистыми электродами [9]. Электроды с основным металлом титана, известные как электроды DSA, являются «активными» электродами, и они участвуют в окислении органических веществ путем образования более высокого оксида по косвенному механизму окисления [10].Они отличаются «неактивными» электродами, которые не участвуют в органическом окислении и работают по механизму прямого окисления [11].

Были проведены обширные исследовательские работы по электродам DSA для разложения органических загрязнителей, покрытых оксидом рутения, оксидом иридия, оксидом тантала, оксидом титана, оксидом платины. Из-за высокой стоимости материалов покрытия из этих металлов изготовление электродов не очень рентабельно.

Целью настоящего исследования является изготовление электродов на основе титана, покрытых оксидами переходных металлов меди, никеля, серебра и кобальта вместо использования благородных и дорогих металлов, таких как рутений, титан, иридий, платина и т. Д.для деколонизации и минерализации раствора RB-5 100 мг / л при более низком pH в присутствии хлорид-иона. Сравнение эффективности удаления загрязняющих веществ проводится на основе уменьшения цвета, ХПК и ТОС с течением времени.

2. Материалы и методы

2.1. Препарат-прекурсор

Все реактивы для растворов прекурсоров, использованных при этом, были химически чистыми и использовались в том виде, в каком они были получены. NiCl2,6h3O (ВЭЖХ) 1,188 г, CoCl2.6h3O (ВЭЖХ) 1,19 г, CuCl2,2h3O (ВЭЖХ) 0,853 г и AgCl2 (ВЭЖХ) 0,89 г (каждое 0,005 моль) металла растворяли индивидуально в растворителе, состоящем из 10 мл изопропанола (99,8% CDH) и 0,5 мл HCL (37%, CDH) [8,10]. Деминерализованная вода (ВЭЖХ) использовалась для приготовления раствора предшественника и промывки Ti-субстрата.

2.2. Подготовка электрода

В качестве подложек использовали титановые пластины

(99,9%, Grade-2, M / S Steel Emporium, Mumbai) размером 75 мм X 65 мм X 3 мм.Электроды были изготовлены методом термического разложения [10, 11]. Перед нанесением покрытия титановые подложки были отполированы бумагой Sic (зернистость 400-2000), промыты водопроводной водой, 10 минут ультразвуковой очистки в деионизированной воде и, наконец, протравлены 10% кипяченой щавелевой кислотой в течение 1 часа для удаления нежелательных оксидов и получения поверхность слегка шероховатая для хорошей адгезии покрытия [12].

После предварительной обработки титановые подложки сначала очищали щеткой при комнатной температуре свежеприготовленными растворами предшественников различных хлоридов металлов, сушили при 80 ° C в течение 5 минут, чтобы позволить растворителям испаряться, а затем прокаливали при 550 ° C в течение 5 минут.Этот процесс повторялся примерно 15-16 раз. Наконец, электроды были отожжены при 550 ° C в течение часа. Конечная загрузка оксида составляла около 1,5 мг / см2. PH растворов измеряли с помощью pH-метра и доводили pH до 2, добавляя 1 н. Растворы h3 SO4. Электроды, приготовленные, как описано (Ti / NiO, Ti / CuOx, Ti / CoOx и Ti / AgOx), использовались в качестве анодов, а нержавеющая сталь (304) использовалась в качестве катода, оба на расстоянии 8 мм друг от друга в каждом эксперименте. Оба электрода были подключены к источнику постоянного тока (рис. 1а) для контроля постоянной плотности тока (50 мА / см2).Магнитное перемешивание осуществляли при 150

.

об / мин для достижения однородной дисперсии. Все опыты проводились при комнатной температуре (35 ° C). В каждом цикле 500 мл раствора красителя RB-5, полученного в местной красильной промышленности (Gayatri Color Chemical, Ахмадабад), декантировали в электролитическую ячейку. После начала электроокисления образцы отбирали в течение различного времени для анализа ХПК, УФ (цвет) и ТОС.

2.3. Анализ и расчет

ХПК, цвет и ТОС были выбраны в качестве параметров для оценки эффекта электрохимической обработки.Спектр UV-Vis (UV-1800, Shimadzu, Япония, диапазон длин волн 200-800 нм) исходного RB-5 и после электроокисления с использованием различных изготовленных электродов регистрировали при длине волны 597 нм. Значения ХПК обработанных образцов RB-5 в разный интервал времени измеряли стандартным методом закрытого обратного потока [13] на реакторе ХПК (Hach DRB200, реактор ХПК, США). Минерализацию RB-5 после одного часа электроокисления с использованием каждого электрода измеряли анализатором TOC (TOC-Vcsh, Shimadzu, Japan). в (моль O2 · дм-3), соответственно, I – приложенный ток (ампер), F – Постоянная Фарадея (96487Cmol ~ 1), V – объем раствора электролита (м3), 8 – размерный коэффициент для единицы консистенции [11,14].В формуле. (4) (COD) t и (COD) t + At – значения COD в t и t + At time (hr) в (g O2 dm-3), соответственно, U – средний потенциал ячейки (V), I – приложенный ток (ампер), а V – объем раствора электролита (л), чтобы получить потребление энергии в кВт · ч / г снижения ХПК.

3. Результаты и обсуждение

4.1 Обесцвечивание

Фиг. 2 представляет собой химическую реакцию промежуточных соединений винилсульфона и Н-кислоты с образованием RB-5.Химическая структура RB-5 указывает на то, что он содержит две группы N = N, известные как «азогруппы». Ароматическая кольцевая структура, соединенная с боковой цепью, обычно требуется для резонанса и, таким образом, для придания цвета [15]. Когда N = N разрушается, происходит обесцвечивание с образованием различных промежуточных продуктов. В структуре реакционноспособных красителей [16] первичная связь – ковалентная, а вторичная – ван-дер-ваальсовая, водородная. Ковалентные связи – самые сильные связи; и, таким образом, химически активные красители трудно разлагать по сравнению с кислотными или красителями прямого типа.

Вследствие косвенного механизма электроокисления реакции анодного окисления сопровождаются переносом кислорода от воды к продуктам реакции [11]. Следовательно, нарушение N = N приводит к обесцвечиванию. Из рисунка 1b видно, что все электроды с покрытием из оксида металла способны обесцвечивать 100 мг / л RB-5 более чем на 90% в течение 20 минут. Это было

сообщил, что присутствие соединения хлора и кислый pH благоприятны для сильного восстановления цвета с помощью электродов DSA по косвенному механизму окисления [2], но это не так при высоком pH, что может быть связано с уменьшением образования хлора / гипохлорита при условия более высокого pH [2, 17] Это снижение цвета может быть подтверждено спектрами УФ-видимого излучения RB-5, записанными до обработки и после 20-минутной обработки всеми четырьмя электродами DSA (рис. 2 а).Видимый пик при 597 нм в исходном образце обусловлен его цветом, а пик при 310 нм – антрахиноновой структурой красителя [17]. Пик при 597 нм исчезал в обработанных красителях во всех случаях, но наличие пика примерно при 320 нм указывает на наличие кольцевой структуры. Это четко указывает на то, что испытанные электроды не дают полного разрушения молекулы красителя и образуют некоторые промежуточные соединения. Известно, что существует два промежуточных продукта RB-5, винилсульфон и H-кислота. Сравнивая пик при 320 нм в обработанном красителе с пиками, полученными для винилсульфона и Н-кислоты при 265 нм и 236 нм соответственно (рис. 2b), можно сделать вывод, что присутствие пика обработанного красителя в УФ-области не связано с винилсульфоном. и Н-кислота.

01 i_ i_ 3

100 ■

20 40 60

Время в минутах

Рис. 1. (a) Принципиальная схема экспериментального реактора периодического действия (b)% уменьшения цвета при (□) NiO, (O) CoO *:. (O) CuOK, (A) AgOK 4.2 Удаление ХПК и ТОС во время разложения РБ-5

Эффективность электрохимического метода была изучена с точки зрения удаления ХПК и ТОС. Исходная ХПК и ТОС раствора RB-5 составляли 650 мг O2 / л и 117 мг O2 / л соответственно.На рис. 4 показано удаление ХПК и ТОС во время разложения 100 мг / л RB-5 с использованием электродов на основе титана, покрытых оксидами металлов Ni, Ag, Co и Cu. Полное удаление цвета было достигнуто в течение короткого периода времени, как показано на рис. 1. В то же время удаление ХПК составило 52%, 42%, 43% и 36% при использовании электродов, покрытых оксидом Ni, Co, Cu и Ag. соответственно. Хорошо известно, что обесцвечивание происходит из-за разрыва связи N = N в молекуле красителя. Но окисление ароматических кольцевых соединений занимает много времени.Это причина того, что по сравнению с деколонизацией, деградация испытанных электродов меньше. После 40–60 минут окисления было обнаружено, что удаление ХПК значительно меньше, что может быть связано с образованием алифатических соединений с более низким молекулярным весом, устойчивых к атаке хлора / гипохлорита [17]. Фиг. 4 представляет собой% удаления TOC, полученное с использованием покрытых оксидом Ni, Co, Cu и Ag электродов после одного часа электроокисления RB-5 при pH 2 в присутствии соединения хлора. Результаты показывают, что снижение ТОС не более 60% было получено с любым из протестированных электродов.Означает, что эти испытанные электроды не достигли полной минерализации красителя до CO2 или воды. Удаление ХПК и ТОС отличается для разных электродов, потому что оно в основном зависит от потенциала выделения хлора и кислорода [2, 17], основанного на том, что имеет место косвенное окисление. Но, как прокомментировали Готтесфельд и Шринивасан; «наука» об ООР и ССВ – это «наука» об оксидах и их свойствах [18]. Здесь разные оксиды металлов по-разному реагируют на ООР и ССВ, давая различное удаление ХПК и ТОС.

<1,500

-3,000 –

200,00

500.00 нм.

Рис. 2. УФ-видимые спектры (а) электрохимического разложения RB-5 с использованием электродов DSA (б) 100 мг / л винилсульфона и H-кислоты

Diazctizatiou.

+ ■ МАНОНОМ – 2HC1 –

O “‘O Винил Сульфлион

Муфта

N = N-C1 | 4 2Н.O-NaCl

.E10sNa

N = N-C1

NH, Огайо

+ 4NaHCOs SO, H

.. SOsMa

O I II NH_

4.3 ДВС и энергопотребление

Реактивный черный-5 Рис. 3. Химическая реакция реактивного черного-5

На рис. 5 (а) представлено изменение ДВС в зависимости от времени реакции во время электрохимической обработки.Как видно из рисунка, значения ICE для всех покрытых электродов демонстрируют сходный тип тенденции, а значения ICE в первые 10 минут обработки выше, чем за последние 50 минут, что указывает на то, что деградация во время Первые 10 минут процедуры в основном способствуют всему процессу. На рис. 5 (b) показано изменение потребления энергии в кВтч / г ХПК в процессе электроокисления. Энергопотребление менее 30 минут реакции значительно меньше, чем потребление энергии за последние 30 минут, что указывает на то, что максимальное снижение происходит в течение 30 минут времени реакции.После этого снижение ХПК меньше по сравнению с потребляемой мощностью. Наименьшее потребление энергии наблюдалось с электродом, покрытым оксидом никеля, в то время как максимальное потребление было связано с электродом, покрытым оксидом серебра.

Рис. 4. (a)% снижение ХПК при разложении RB-5 с использованием покрытых оксидом металла электродов на (□) NiO, (0) CoOx, (O) CuOx, (A) AgOx (b)% TOC

Восстановление при разложении РБ-5 с использованием электродов с оксидным покрытием

5.Вывод

Электрохимическое разложение RB-5 исследовали с использованием электродов из ДСА на основе титана. Влияние покрытия из оксида металла на цвет, удаление ХПК и ТОС изучали при постоянной плотности тока при начальном pH 2 в присутствии хлора. Среди испытанных электродов электрод с покрытием из оксида никеля оказался эффективным для обесцвечивания и минерализации 100 мг / л RB-5. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы измерить срок службы испытанных электродов для их практического применения.

Благодарность

Финансовая помощь, предоставленная Министерством науки и технологий (DST) правительства Индии д-ру Джайешу Рупарелиа в качестве молодого ученого в рамках программы Fast Track (Премия № SR / FTP / ETA-028/2009) признана с благодарностью.

Список литературы

Рис. 5. (a) Динамика ДВС во времени в рабочих условиях (b) Динамика потребления энергии с% снижением ХПК в рабочих условиях (□) NiO, (O) CoOx, (O) CuOx, (A) AgOx

1.Балакришнан М., Арул Энтони С., Гунасекаран С. и Натараджан Р. К., 2008, Влияние окрашивания промышленных стоков на качество подземных вод в Канчепураме (Индия), Индийский журнал науки и технологий, 1, стр.1.

2. Карлос А. М., Энрик Б., 2009, Обеззараживание сточных вод, содержащих синтетические органические красители, электрохимическими методами: общий обзор, Прикладной катализ B: Окружающая среда, 87, стр.105.

3. Икбал А., Выпуск Bangladesh Textile Today, Китай и Индия: Две огромные мощности производства текстильных химикатов и красителей, Труды Dyestuff Forum,: январь 2012 г.

4.Баша А., Соломан П. А., Велан М., Миранда Л. Р., Баласубраманян Н., Сива Р., 2010, Электрохимическое разложение – специальные сточные воды химической промышленности. Оригинальная исследовательская статья, Журнал опасных материалов, 176, стр. 154.

5. Карлос А. М. Х., Ферро С., 2006 г., Электрохимическое окисление органических загрязнителей для очистки сточных вод: прямой и косвенный процесс Критический обзор, Chem. соц. Ред. 35, стр.1324.

6. Занта К.Л.П.С., Де Андраде А.Р., Бодтс Дж. Ф. К., 1999, Влияние растворителя и поддерживающего электролита на каталитическую активность электродов Ti / RuO2 и Ti / IrO2: окисление изосафрола как модель зонда, Electrochimica Acta, 44, с.3333

7. Ху Дж. М., Чжан Дж. К., Мэн Х. М., Чжан Дж. Т., Цао С. Н., 2005, Электрохимическая активность, стабильность и характеристики разложения электродов на основе IrO2 в водных растворах, содержащих соединения C1, Electrochimica Acta, 50, с. 5370.

8. Сони Б.Д., Рупарелия Дж. П., 2012, Исследования воздействия электродов на обеззараживание красителей из сточных вод »Журнал экологических исследований и разработок, 6, стр.973.

9. Влиссидес А.Г., Лоизиду М., Карлис П.К., Зорпас А.А., Папайоанну Д., 1999, Электрохимическое окисление сточных вод текстильных красителей с использованием Pt / Ti-электрода, J.Опасность. Материалы, В70, стр.41.

10. Chen-X, Chen G, 2005, Стабильные электроды Ti / RuO2-Sb2O5-SnO2 для выделения O2 Electrochimica Acta, 50, с. 4155.

11. Комнинеллис Ч., Чен Дж., 2010, Электрохимия для окружающей среды, Нью-Йорк, Springer Science Business Media, LLC.

12. Xin Y, Wang J, 2009, Сравнительное исследование титановых электродов с покрытием IrO2-Ta2O5, полученных различными методами, Electrochimica Acta, 54, с. 1820 г.

13. Американская ассоциация общественного здравоохранения (APHA), Американская ассоциация водоснабжения (AWWA) и Федерация водной среды (WEF): Стандартные методы исследования воды и сточных вод, 21-е издание, 2005 г.

14. Б. Ван, В. Конг, Х. Ма, 2007 г., Электрохимическая обработка сточных вод бумажной фабрики с использованием трехмерных электродов с анодом Ti / Co / SnO2-Sb2O5, Журнал опасных материалов, 146, стр. 295.

15. Общее введение в химию красителей, монографии МАИР, 99, с.55.

16. Хонг Ф., Сонг X Y, 2007, Структура азодисперсных красителей и ее распределение в смеси полиуретановых волокон с полиэфирными или полиамидными волокнами, Красители и пигменты, 74, стр.672.

17. Раджкумар Д., Сонг Б. З., Ким Дж. К., 2007, Электрохимическое разложение реактивного синего 19 в хлоридной среде для очистки сточных вод крашения текстиля с идентификацией промежуточных соединений, Красители и пигменты, 72, с. 1.

18.Майкл Э. Г. Л., Майкл П. Б., 2008 г., Реакция выделения кислорода на электродах из переходных металлов, покрытых пассивным оксидом, в водном щелочном растворе. Часть 1-Никель, Междунар. J. Electrochem. Наук, 3 с. 1386.

Литий-воздушные батареи дышат легко с TiC электродом

Современная жизнь была бы совсем другой без приличных аккумуляторов. Можете ли вы представить себе, как ваш ноутбук работает от чего-то вроде стандартного автомобильного аккумулятора? Об этом просто не стоит думать.Хотя мы можем высмеивать инженеров по аккумуляторным батареям, утверждающих, что три часа реального использования эквивалентны отключению от сети в течение всего рабочего дня, они действительно творили чудеса. К сожалению, даже если они хотят думать, что могут, даже инженеры-разработчики батарей не могут обойти законы физики.

Производительность литий-ионных батарей нынешнего поколения вот-вот упадет, и если нам нужны батареи с более высокой плотностью энергии, придется разработать совершенно новую систему.Среди множества возможных кандидатов очень многообещающими выглядят литий-воздушные батареи. Когда литий окисляется, он выделяет много энергии – настолько много, что, как и натрий, загорается. Литий также очень легкий и в разумных количествах, что делает его идеальным элементом.

За исключением того, что очень сложно сделать долговечную литий-воздушную батарею. Одна из больших проблем – нежелательные побочные реакции. Батарея содержит литий, который мы собираемся многократно сжигать, – электролит для переноса заряда между электродами и электродным материалом.Когда мы окисляем литий, высвобождается много энергии, и не вся она извлекается для работы. Вместо этого часть его идет на побочные реакции.

Во многих литий-воздушных элементах одной из основных побочных реакций является образование карбоната лития вместо оксида лития с углеродом, поступающим из электродов или электролита. После образования карбоната он становится стабильным. При перезарядке оксид лития восстанавливается до металлического лития, но карбонат лития остается – в каждом цикле небольшое количество лития безвозвратно теряется.

Реклама

Для сравнения: моему нынешнему ноутбуку около двух лет. Я использую его почти каждый день, и если предположить, что заряда хватает на один день (а это не так), мы говорим о 700 циклах разряд-подзарядка. Если бы хотя бы 0,1 процента лития терялось в каждом цикле, сегодня у меня было бы только 50 процентов емкости аккумулятора. На самом деле, большинство литий-воздушных батарей демонстрируют распад на несколько процентов за цикл из-за этой побочной реакции, так что это, вероятно, одна из самых серьезных проблем, которые необходимо решить, если литий-воздушные батареи когда-либо покинут лабораторию.

Учитывая эти проблемы, я был очень счастлив наткнуться на статью Nature Materials о литиево-воздушном элементе, который, кажется, сообщает о значительном улучшении. Исследователям из Университета Сент-Эндрюс в Шотландии удалось добиться этого за счет двух изменений. В более ранней работе они показали, что замена электролита и электрода может привести к созданию улучшенной батареи. Во-первых, они изменили электролит с одного труднопроизносимого органического химического вещества на другой, немного более выраженный (диметиловый эфир тетраэтиленгликоля, или TEGDME, на диметилсульфоксид, также известный как DMSO).

Чтобы получить стабильный электродный материал, исследователи использовали нанопористое золото. Но золото дорогое и тяжелое. Если вы собираетесь использовать литий (самый легкий металл в периодической таблице) в своей батарее, вы не хотите терять большое преимущество в весе, используя золото (один из самых тяжелых металлов) в своей батарее. электроды. Итак, эта статья была о поиске замены золоту.

В нынешнем поколении аккумуляторов углерод является обычным электродным материалом, но, поскольку литий любит образовывать карбонат, здесь это не лучший выбор.Вместо этого исследователи обнаружили, что карбид титана является хорошим и стабильным электродом. В сравнительных тестах батарея на основе электродов из карбида титана и электролита ДМСО значительно превзошла более ранние версии. После 100 циклов литий-воздушная батарея сохранила более 98 процентов своей первоначальной емкости, в то время как контрольный образец продержался всего 25 циклов, даже при циклической работе с более низкой плотностью тока и общей емкостью.

Реклама

Ключ к этим результатам, по-видимому, заключается в нескольких факторах.Во-первых, карбид титана очень стабилен, но при этом может переносить заряд. Это делает его похожим на золото, которое оно заменяет (золото известно своей инертностью). Во-вторых, ДМСО содержит гораздо меньше углерода на молекулу. ДМСО имеет только два атома углерода на молекулу по сравнению с 10 для TEGDME; даже если он начнет разрушаться, он не сможет образовать столько карбоната лития.

При разряде также не образуется диоксид углерода. При использовании электролита TEGDME образуется диоксид углерода, поскольку электролит разрушается и образуются карбонаты.Однако ДМСО, похоже, не разрушается, что указывает на то, что остаточные карбонаты, вероятно, образуются в результате реакций с электродом.

В целом, исследователи заявляют о 40-кратном сокращении побочных реакций, что впечатляет. Более того, карбид титана может быть относительно легко превращен в электроды по сравнению с золотом. Тем не менее, 100 циклов – это не 1000 циклов. Используя данные из статьи, я ожидаю, что после 1000 циклов количество карбоната лития увеличится примерно до двух процентов.Думаю, это число, скорее всего, будет приемлемым. Ключевой вопрос заключается в том, выдержат ли эти результаты оптимизацию электрода и будет ли полученная батарея соответствовать реальным требованиям к емкости.

Nature Materials , 2013, DOI: 10.1038 / NMAT3737

Махеш Сони | Ланкастерский университет

Обзор исследования

Я инженер-электронщик с опытом работы в

  • Производство полупроводниковых приборов
  • Энергонезависимая память (FLASH, ReRAM / мемристор)
  • Двумерные материалы для электроники
  • Аналоговая / аналоговая и цифровая электроника
  • гибкая электроника, принтер SuperInjket
  • Senors, Biosensing, Wireless-биосенсоры
  • Моделирование и моделирование устройств
  • Нейроморфные вычисления
  • Сверхпроводящее квантовое электронное устройство
  • Параметрические усилители
  • Темная материя

Амбициозный исследователь с более чем 7-летним опытом исследований и разработок, специализирующийся на обработке наноэлектронных / фотонных устройств, квантовых / нанотехнологиях, с большим интересом изучая новые вещи, работая в Forefr Онт для разработки новых технологий устройств, который приветствует вызовы.Хорошо приспосабливается к ситуациям, умеет мотивировать и наставлять молодые умы для выполнения исследовательской деятельности на стыке различных областей.

Я также обладаю более чем 7-летним практическим опытом в производстве полупроводниковых устройств и деятельности в чистых помещениях по адресу: –

  • Центр квантовых технологий (QTC) – Университет Ланкастера, Ланкастер (Великобритания)
  • Центр нанотехнологий Джеймса Ватта (JWNC) – Университет Глазго, Глазго (Великобритания)
  • Центр нанонауки и инженерии (CeNSE) – Индийский институт науки Бангалор, Бангалор, Карнатака, Индия
  • Центр передового опыта в области наноэлектроники (CEN) – Индийский технологический институт Бомбей, Бомбей, Махараштра, Индия
  • Центр проектирования и производства электронных устройств (C 4 DFED) – Индийский институт Technology Mandi, Mandi, Химачал-Прадеш, Индия

Сведения о карьере

Старший научный сотрудник , с Проф.Манус Хейн, Ланкастерский университет, Великобритания 06/2020 –06/2021

  • Научные исследования в области полупроводниковых (III – V) устройств на основе квантовой технологии. Я работал над созданием полевых транзисторов (FET) и массива масштабируемых запоминающих устройств на подложках Si и GaAs.
  • Разработка нанофотонных устройств на основе квантовых ям, лазеров с поверхностным излучением с вертикальным резонатором (VCSEL) на подложках из GaAs для телекоммуникационных сетей.
  • Ассистент преподавателя (бакалавриат)

Стажер-исследователь , BEST Group, Университет Глазго, Великобритания 12 / 2018–05 / 2020

  • Электроника на основе нанотехнологий.Изготовлен массив мемристоров (ReRAM) для выполнения вычислений и хранения данных для электронных скинов.
  • Разработка печатных сенсорных устройств на основе нанокомпозита для электронной кожи.
  • Большой опыт работы с супер-струйной печатью для печатных электронных приложений.
  • Ассистент преподавателя (бакалавриат) – Аналоговая электроника

Доцент, GLA University Mathura (U.P.), Индия 07 / 2012–02 / 2014

  • Преподавательская деятельность (курсы бакалавриата) – Радиолокационная связь, Линейные интегральные схемы, Дизайн Xilinx, Электронные измерения и приборы, Теория электромагнитного поля, Базовая электроника.
  • Руководил 4 студентами бакалавриата инженерных специальностей над проектами последнего года обучения.
  • Административно-хозяйственная – помощник смотрителя общежития для мальчиков. Управлял 10+ сотрудниками и 400+ студентами.

Bharat Sanchar Nigam Limited (летняя стажировка) 06 / 2008–07 / 2008

  • Обзор системы телефона и мобильной связи.
  • Общая работа по обмену, техобслуживанию и эксплуатации.

Solwins Technologies (Летняя стажировка) 05 / 2009–06 / 2009

  • Воздействие программируемого логического контроллера (ПЛК) и системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA).
  • Промышленная автоматизация для пищевой промышленности и производства напитков.

Квалификация

Ph. D в Electronics Engineering, Индийский технологический институт Манди, Индия 02/2014 11/2018

Диссертация Электронные устройства и устройства памяти на основе графена и его производных

Руководители Д-р Сатиндер Кумар Шарма, Д-р.Аджай Сони

  • Разработаны и оптимизированы параметры процесса выращивания и передачи высококачественного CVD-графена.
  • Синтез оксида графена (GO), восстановленного GO (rGO) и контролируемая функционализация для его применения в проводящих чернилах, датчиках, полевых транзисторах, устройствах памяти и суперконденсаторах.
  • Продемонстрировал методологию набора GO – rGO для схемных элементов в гибкой электронике.
  • Ассистент преподавателя (до / после аспирантуры) – Микроэлектроника, Лаборатория базовой электроники, Лаборатория прикладной электроники, Испытания и технологии СБИС, Лаборатория электроники.

M.Tech в VLSI Design, Национальный технологический институт Малавии, Джайпур, Индия 07 / 2010–06 / 2012

Диссертация Исследование оптимальных по мощности высокопроизводительных многозначных схем с использованием CNFET

Руководитель – Проф. Винит Сахула

  • Смоделированные транзисторы и инверторы на основе углеродных нанотрубок в HSPICE для использования в схемах оптимального энергопотребления.
  • Моделирование многозначных комбинационных и последовательных логических схем в HSPICE с использованием полевых транзисторов на основе углеродных нанотрубок для использования в цифровых системах и логических схемах.
  • Смоделировал 180 нм реализацию точного и эффективного алгоритма БПФ и опубликовал результаты на конференции IEEE RASDAT.
  • Ассистент преподавателя (курсы повышения квалификации) – Лаборатория системного проектирования (моделирование в Cadence и HSPICE).

B.E. в области электроники и телекоммуникаций, Технологический институт Чхатрапати Шиваджи, Дург, Индия 08/ 2006–06 / 2010

Диссертация Автономная система параллельной парковки

  • Разработан алгоритм, который может использоваться для обнаружения движущихся / неподвижных объектов с помощью ультразвуковых датчиков и определения траектории движения.
  • Разработал специально спроектированный автомобиль, работающий с имеющимися в продаже солнечными батареями, и проверил алгоритм в режиме реального времени для автономной парковки.

Профессиональная роль

Член IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике) 2019 – настоящее время

Студент-член IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике) 2019-2016

Член APS (Американского физического общества) с 2017 г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *