הכנה של סיבים רציפים של לוטטיום אוקסיד גמישים על בסיס ספינינג יבש

תחמוצת לוטטיוםהוא חומר עקשן מבטיח בשל עמידותו בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה ואנרגיית פונון נמוכה.בנוסף, בשל אופיו ההומוגני, ללא מעבר פאזה מתחת לנקודת ההיתוך וסובלנות מבנית גבוהה, הוא ממלא תפקיד חשוב בחומרים קטליטיים, חומרים מגנטיים, זכוכית אופטית, לייזר, אלקטרוניקה, זוהר, מוליכות-על וקרינה עתירת אנרגיה. איתור.בהשוואה לצורות חומר מסורתיות,תחמוצת לוטטיוםחומרי סיבים מציגים יתרונות כגון גמישות חזקה במיוחד, סף נזק גבוה יותר ללייזר ורוחב פס שידור רחב יותר.יש להם סיכויי יישום רחבים בתחומי לייזרים בעלי אנרגיה גבוהה וחומרים מבניים בטמפרטורה גבוהה.עם זאת, הקוטר של ארוךתחמוצת לוטטיוםסיבים המתקבלים בשיטות מסורתיות הם לרוב גדולים יותר (>75 מיקרומטר) הגמישות ירודה יחסית, ולא היו דיווחים על ביצועים גבוהיםתחמוצת לוטטיוםסיבים רציפים.מסיבה זו, פרופסור Zhu Luyi ואחרים מאוניברסיטת שאנדונג השתמשולוטטיוםהמכילים פולימרים אורגניים (PALu) כמבשרים, בשילוב עם טוויה יבשה ותהליכי טיפול בחום הבאים, כדי לפרוץ את צוואר הבקבוק של הכנת סיבים רציפים של תחמוצת לוטטיום גמישים בעלי חוזק גבוה ובקוטר דק, ולהשיג הכנה ניתנת לשליטה של ​​ביצועים גבוהים.תחמוצת לוטטיוםסיבים רציפים.

איור 1 תהליך ספינינג יבש של מתמשךתחמוצת לוטטיוםסיבים

עבודה זו מתמקדת בנזק המבני של סיבי קדם במהלך התהליך הקרמי.החל מוויסות צורת פירוק המבשר, מוצעת שיטה חדשנית של טיפול מקדים באדי מים בעזרת לחץ.על ידי התאמת טמפרטורת הטיפול המקדים להסרת ליגנדים אורגניים בצורת מולקולות, נמנעת מאוד הפגיעה במבנה הסיבים במהלך התהליך הקרמי, ובכך מובטחת המשכיות שלתחמוצת לוטטיוםסיבים.מציג תכונות מכניות מצוינות.מחקר מצא כי בטמפרטורות נמוכות יותר של טרום טיפול, יש סיכוי גבוה יותר שמבשרים יעברו תגובות הידרוליזה, מה שגורם לקמטים משטחים על הסיבים, מה שמוביל ליותר סדקים על פני השטח של סיבים קרמיים ולריסוק ישיר ברמת המאקרו;טמפרטורת טרום טיפול גבוהה יותר תגרום למבשר להתגבש ישירות לתוךתחמוצת לוטטיום, הגורם למבנה סיבים לא אחיד, וכתוצאה מכך לשבריריות רבה יותר של סיבים ואורך קצר יותר;לאחר טיפול מקדים ב-145 ℃, מבנה הסיבים צפוף והמשטח חלק יחסית.לאחר טיפול בחום בטמפרטורה גבוהה, מקרוסקופי כמעט שקוף מתמשךתחמוצת לוטטיוםסיבים בקוטר של כ-40 הושגו בהצלחה μM.

איור 2 תמונות אופטיות ותמונות SEM של סיבי קדם מעובדים מראש.טמפרטורת טיפול מקדים: (a, d, g) 135 ℃, (b, e, h) 145 ℃, (c, f, i) 155 ℃

איור 3 תמונה אופטית של רציףתחמוצת לוטטיוםסיבים לאחר טיפול קרמי.טמפרטורת טיפול מקדים: (א) 135 ℃, (ב) 145 ℃

איור 4: (א) ספקטרום XRD, (ב) צילומי מיקרוסקופ אופטי, (ג) יציבות תרמית ומיקרו-מבנה של רצףתחמוצת לוטטיוםסיבים לאחר טיפול בטמפרטורה גבוהה.טמפרטורת טיפול בחום: (d, g) 1100 ℃, (e, h) 1200 ℃, (f, i) 1300 ℃

בנוסף, עבודה זו מדווחת לראשונה על חוזק מתיחה, מודול אלסטי, גמישות ועמידות בטמפרטורה של רציףתחמוצת לוטטיוםסיבים.חוזק מתיחה של נימה בודדת הוא 345.33-373.23 MPa, מודול האלסטי הוא 27.71-31.55 GPa, ורדיוס העקמומיות האולטימטיבי הוא 3.5-4.5 מ"מ.גם לאחר טיפול בחום ב-1300 ℃, לא הייתה ירידה משמעותית בתכונות המכאניות של הסיבים, מה שמוכיח לחלוטין שעמידות הטמפרטורה של הרצףתחמוצת לוטטיוםסיבים שהוכנו בעבודה זו הוא לא פחות מ-1300 ℃.

איור 5 תכונות מכניות של רציףתחמוצת לוטטיוםסיבים.(א) עקומת מתח-מתח, (ב) חוזק מתיחה, (ג) מודול אלסטי, (df) רדיוס עקמומיות אולטימטיבי.טמפרטורת טיפול בחום: (ד) 1100 ℃, (ה) 1200 ℃, (f) 1300 ℃

עבודה זו לא רק מקדמת את היישום והפיתוח שלתחמוצת לוטטיוםבחומרים מבניים בטמפרטורה גבוהה, לייזרים בעלי אנרגיה גבוהה ותחומים אחרים, אך מספק גם רעיונות חדשים להכנת סיבים רציפים תחמוצת בעלי ביצועים גבוהים