Загущенный клейстером электролит: Загущенный электролит — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Содержание

Загущенный электролит — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Загущенный электролит

Cтраница 1


Загущенные электролиты или пасты представляют собой солевые растворы, в которые добавлены крахмал или пшеничная мука. Другие электролиты, называемые заварными, требуют для загустевания выдержки их в термостате при температуре 40 — 60 С.  [2]

Загущенный электролит должен иметь температуру 14 — lb L. При более высокой температуре происходит слишком быстрое за-густевание раствора. В этом случае электролит налипает а стенки ванны 6 и е позволяет получить пастовую диафрагму с равномерным по толщине слоем тшсты. При низкой температуре из-за слабой вязкости раствора наблюдается стекание пасты с поверхности кабельной бумаги, появление подтеков и наплывов. Приготовление загущенных электролитов производится при непрерывном перемешивании механическим или ручным способом.  [4]

Обычный загущенный электролит при температуре — 22 С замерзает и отказывает в работе. Группой наших научных сотрудников ( Н. С. Криволуцкая, Г. Г. Морозов, С. С. Мартов и др.) разработаны новые электролиты, при которых элементы могут работать в интервале температур от — 50 до 60 С.  [5]

Приготовление загущенных электролитов осуществляется непосредственно на участке, на котором они используются.  [6]

Для приготовления загущенных электролитов сначала смешивается путем взбалтывания небольшое количество электролита с просеянным через сито крахмалом. Просеивание производят для удаления комков крахмала и механических примесей. Большая часть рецептурного количества электролита нагревается до 60 — 70 С. В нагретый раствор при непрерывном перемешивании вводится первая порция электролита с крахмалом. После сливания обеих частей электролита раствор охлаждается. Готовый загущенный электролит процеживается через марлю или сито для отделения комков крахмала.  [8]

Рассмотрим приготовление загущенных электролитов, применяемых для изготовления пастовых диафрагм.  [9]

Пастированный иинк и загущенный электролит подаются в сбо-1 подачи материалов ( рис. 147), гидравли — — ш со штоками подачи материалов посы-13 цилиндров 1 в сборочный автомат.  [10]

Приготовление исходных электролитов, загущенных электролитов ( паст) и электролитов для увлажнения агломератной смеси и диафрагм производится в электролитном отделении.  [11]

Консистенция пастированного цинка и загущенных электролитов ( паст) определяется по величине пенетрации при нагрузке 20 г. Для пасты щелочных цилиндрических элементов пене-трация равна 110 — 125 единицам. Пе-нетрация выражается целым числом десятых долей миллиметра погружения конусовидного тела в вещество.  [12]

Полость 2 под давлением заполняется загущенным электролитом, а полость 16 — пас-тированным цинком. Пр и заполнении этих полостей поршни 6 Е 15 сдвигаются до упора.  [14]

В некоторых элементах функции сепараторов выполняют загущенный электролит или пастовая диафрагма. Устойчивость загущенных электролитов и пастовых диафрагм зависит от природы и концентрации загустителей и ионов, входящих в состав электролитов, и закономерности изменения рН при разряде.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Олово цинковом электролите — Справочник химика 21

    Анализировались ванны, содержащие 10 г/л свободной щелочи, 6,8 г/л ацетата натрия и 90 г/л станната натрия. Пробу, взятую из ванны у анода, разбавляли концентрированной серной кислотой в 50 раз. Люминесценцию возбуждали ультрафиолетовым светом с длинами волн 200—250 ммк источником ультрафиолета была высоковольтная искра с цинковыми электродами. Ультрафиолетовый свет фокусировали с помощью кварцевой линзы на кварцевую кювету с анализируемым раствором. В присутствии двухвалентного олова возникала желто-зеленая флуоресценция с максимумом флуоресценции гфи 550 ммк. Люминесценцию фиксировали с помощью селенового фотоэлемента с усилением или с помощью фотоумножителя ФЭУ-17. Заметное свечение возникает уже при концентрации ионов в электролите 0,1 г в 1 л, в то время как допустимая концентрация двухвалентного олова в электролите составляет 2,0 г в 1 л. 
[c.333]

    Определение примесей олова в металлических титане, кобальте, меди, кадмии, цинке и цинковом электролите [c.291]

    В случае определения олова и сурьмы в цинковом электролите отбирают 250 мл пробы в коническую колбу емкостью 500—600 мл, приливают 10—15 капель 3%-ного раствора перекиси водорода, нагревают раствор и кипятят его 3—5 мин. затем приливают 12 мл 1,0%-ного раствора хлорида железа и 25%-ный раствор аммиака до растворения выделившейся гидроокиси цинка, нагревают на водяной бане 40—50 мин. и отфильтровывают осадок через неплотный фильтр. Осадок промывают 3—4 раза горячей водой, содержащей хлорид аммония и аммиак. 

[c.293]

    Разработанные методики [181] совместного определения свинца и олова в карбонатных породах и свинцово-цинковой руде основаны на предварительном ионообменном разделении РЬ(П) и 5п(1У), поскольку при совместном определении этих элементов в растворе не удается получить раздельные хронопотенциограммы. Рекомендуемый фоновый электролит—1М НС1. Относительная погрешность определения РЬ(П) в концентрации /г-10- моль/л составляет 1,8%. [c.123]

    Цинк, используемый в источниках тока, давно привлекает к себе внимание многих исследователей, стремящихся улучшить его коррозионную стойкость самыми различными способами введением добавок в цинк, в электролит, амальгамированием и др. При этом обычно выбирают присадки к цинку, на которых наиболее высокое перенапряжение водорода, вследствие чего повышается коррозионная стойкость цинка. К таким присадкам относятся свинец, олово, ртуть, кадмий, индий и некоторые другие. Как правило, все цинковые электроды перед закладкой в источник тока амальгамируют. 

[c.9]

    Щелочные нецианистые или цинкатные электролиты, в отличие от цианистых, неядовиты и были разработаны для замены ими вредных цианистых электролитов для цинкования. Выход металла по току в них достигает 95—98%, но рассеивающая способность цинкатных электроли ов ниже, чем цианистых допустимая катодная плотность тока в них также весьма ограничена. Большим недостатком цинкатных электролитов по сравнению с цианистыми цинковыми состоит в том, что они требуют подогрева электролита до 60—70°, так как при низкой температуре осадки получаются темными и зачастую в виде губки. Для предупреждения образования губчатых покрытий при промышленном применении в цинкатные электролиты вводятся добавки незначительных количеств солей других металлов, в частности олова. Структура осадка на катоде, а также рассеивающая способность указанных электролитов для цинкования в основном обусловливаются потенциалом разряда ионов цинка и величиной катодной поляризации. 

[c.236]


    Для получения более плотных и светлых цинковых покрытий Н. Т. Кудрявцев и А. А. Никифорова предложили вводить в цинкатный электролит в небольшом количестве соли олова, свинца или ртути. Банны с добавкой олова внедрены в про- с-, изводство и оправдали себя.  [c.247]

    Вредные примеси. Как и в кислых, в цианистых электролитах вредными являются примеси электроположительных металлов меди, серебра, мышьяка, висмута, сурьмы, олова и др. Для удаления их в электролит добавляют сернистый натрий. Примеси в цианистых электролитах цинкования оказывают гораздо меньшее влияние на качество осадков, чем в кислых. Это различие обусловлено тем, что в цианистых электролитах эти примеси, образуя комплексную соль в растворе, выделяются электролитически совместно с цинком без губчатых образований, т. е. не ухудшая внешний вид полученных осадков. Однако наличие этих металлов в составе цинковых покрытий все же нежелательно, так как они заметно снижают коррозионную устойчивость покрытия. 

[c.160]

    Контактное лужение. Для покрытия мелких деталей тонким слоем олова (толщиной менее 1 мк) с целью облегчения пайки мягкими припоями применяют способ лужения без внешнего тока, методом так называемого внутреннего электролиза. Для этого мелкие детали из меди и ее сплавов, стали, алюминиевых сплавов укладывают в металлические корзины и помещают в растворы, состав которых приведен в табл. 9. Для образования гальванического замкнутого элемента в электролит помещают кусочки цинка при лужении стальных деталей рекомендуется применять цинковые корзины, в которых они опускаются в электролит. В процессе лужения необходимо корзины встряхивать для перемешивания деталей. Подготовка поверхности деталей перед лужением и обработка их после лужения такая же, как и при покрытии в стационарных ваннах. 

[c.22]

    Покрытие темное, пятнистое (для цианистых ванн) Электролит загрязнен посторонними металлами медью, свинцом кадмием. В отдельных случаях — большим количеством олова, мышьяка, сурьмы Добавить сернистый натрий (1— 2 Г/л) и перемешать, затем добавить цинковый порошок, электролит профильтровать 

[c.192]

    Приборы и реактивы. Микростаканчики (2 шт.). Пробирки. Подставка для прибора. Электролитный мостик (наполняется горячим концентрированным раствором хлорида калия с добавкой агар-агара по охлаждении раствор застудневает и мостик становится удобным для работы). Медная проволока. Железная проволока. Цинковая, железная, оловянная, свинцовая и мсдпая узкие полоски. Звонковый провод. Наждачная бумага. Батарея карманного электрического фонаря, и-образная трубка. Графитовые стержни (2 шт.). Никелевая пластинка. Цинк гранулированный (х. ч.). Олово гранулированное. Электролит для никелирования (содержит 50 г N 504 и 25 г N 1 в 1 л воды). Фено-фталеин. Крахмальный клейстер (свежеприготовленный). Растворы сульфата цинка (0,5 н.), сульфата двухвалентного железа (0,5 н.), хлорида двухвалентного олова (0,5 н.), нитрата или ацетата свинца (0,5 н.), сульфата меди (0,5 н.), нитрата серебра (0,1 н.), серной кислоты (2н.и4н.) феррицианида калия (0,5 н.), иодида калия (0,1 н.), сульфата натрия (0,5 н.), сульфата или хлорида четырехвалентного титана (0,5 н.), едкого натра или кали (15%-ный). [c.117]

    Для улучшения качества цинкового покрытия в цинкатный электролит вводят присадку станната в виде Sn la-21 20, окисляемого затем перекисью водорода. В процессе цинкования станнат постепенно расходуется, восстанавливаясь на катоде до металлического олова. Цинковое покрытие, полученное из таких электролитов, включает в себя поэтому некоторое количество металлического олова, содержание которого зависит от концентрации станната в растворе. Цинковое покрытие, получающееся из электролита состава КаОНо щ —200 г/л, ZnO —20 г/л, Sn(IV) —0,4 г/л,. содержит примерно psn = 0,09 вес.% Sn [20]. [c.140]

    На рис. 1.9 показано устройство стаканчикового цилиндрического элемента 373 с щелочным электролитом, имеющего те же габариты, что и элемент Марс . Необходимость применения порошкового цинкового анода обусловила особенности конструкции. Активная масса положительного электрода 6 запрессована в периферийной части элемента и плотно прилегает к стенке корпуса 4, который представляет собой стальной никелированный стакан с контактным выступом в верхней части. Отрицательный электрод 2, изготовленный из смеси цинкового порошка с загущенным электролитом, расположен в центральной части элемента. Покрытый оловом токоотвод отрицательного электрода 5 — трубчатый, скрепленный с крышкой 7 (в элементах с щелочным электролитом меньших размеров используют токоотво-ды стержневой конструкции). Между электродами расположена диафрагма 5 —загущенный крахмалом щелочной электролит. [c.66]

    Отрицательный электрод из амальгамированного цинкового порошка запрессован в луженую стальную крышку. Перенапряжение для выделения водорода на железе невелико. При контакте цинка с железом цинк. Потенциал которого в электролите отрицательнее потенциала водорода, мог бы рдстворяться в электролите, а водород выделяться на железе. На олове водород выделяется с большим перенапряжением и это препятствует выделению водорода и саморазряду элемента. [c.343]


    Металл корродирует по поверхности. До тех пор пока слой металлического покрытия цел, т. е. является сплошным, защищаемый металл ведет себя как защищающий, т.е. в данном случае как олово или цинк. Но при появлении в слое металлического покрытия трещин или царапин, приводящих к обнажению железа, в местах нарушения целостности покрытия создаются гальванические пары железо—цинк или железо—олово. Электролит постоянно бывает налицо в виде всегда имеющейся поверхностной пленки воды, обычно содержащей растворенные газы (СОа, а часто и ЗОг). Возникает гальванокоррозия, ириводящая к разрупхению более активного металла. Роль цинкового и оловянного покрытия в этих условиях диаметрально противоположна. [c.337]

    Электролитический сплав 5п—2п, содержащий 80% 5п и 20% 2п, отличается высокими защитными свойствами в условиях атмосферной коррозии. В промышленной атмосфере оловянно-цинковые покрытия разрушаются меньше, чем цинковые покрытия. Этот сплав проявляет анодный характер защиты стали от коррозии и обладает меньшей пористостью, чем покрытия чистым оловом. При малом срдержании цинка в сплаве ( 10%), так же как и при содержании его более 50 %, покрытие сплавом теряет свои преимущества перед покрытием чистыми металлами. Важным достоинством этого сплава является способность к пайке, которая сохраняется длительное время [5, 53, 54]. В соответствии с ГОСТ 14623-69 этот сплав может применяться в очень жестких условиях эксплуатации. Имеются сведения о применении в США автоматических линий [55] для электроосаждения сплава 2п— 5п. Практическое применение получил щелочно-цианистый электролит, в котором оба металла присутствуют в виде комплексных соединений олово в виде станната, а цинк в виде цианистой соли. [c.213]

    Влияние концентрации Na N на состав катодного осадка находит объяснение в ходе поляризационных кривых [30] осаждения сплава Sn—Zn (фиг. 85). Уве- лнчение концентрации цианида в растворе первоначально сопровождается сдвигом потенциала выделения металлов на катоде в отрицательную сторону. При значительном увеличении избытка цианида потенциал катода резко сдвигается в обратную электроположительную сторону. Надо полагать, что в электролите происходит образование настолько прочного цианистого цинкового комплекса, что разряд его на катоде становится невозможным и катодный процесс ограничивается выделением чистого олова при более положи-тел1л0м потенциале. [c.161]

    Необходимым условием получения доброкачественных оловянноцинковых покрытий является растворение анодов из сплава Sn—Zn или оловянных анодов (при раздельных оловянных и цинковых анодах) с образованием четырехвалентных ионов олова. Накопление в электролите двухвалентных ионов олова приводит к получению недоброкачественных оловянноцинковых покрытий. [c.164]

    Саморазряд серебряно-цинкового аккумулятора определяется саморазрядом цинкового электрода. Скорость растворения цинка при отсутствии окислителей зависит преимущественно от скорости выделения на нем водорода при стационарном потенциале, т. е. от водородного перенапряжения на цинке в данном электролите [47]. Поэтому добавки в цинковый электрод металлов с высоким значением водородного пвренапря-м[c.221]

    Для наиболее полного использования медных, цинковых, кадмиевых и прочих растворимых анодов все обрезки, остатки и прочие отходы анодного металла целесообразно укладывать в плоские анодные рамки (рис. 4) из металла, не растворимого в этом электролите, и применять их в качестве сборных анодов. Так, для меди, цинка, кадмия, олова и других остатков анодов в щелочных и цианистых электролитах применяют анодные рамки из нержавеющей стали, а в кислых электролитах — из титаца и его сплавов. [c.28]

    Так же как и в других цинковых электролитах, из посторонних примесей вредное влияние на катодный выход по току оказывают окислители, особенно соли HNO3, и другие вещества, снижающие перенапряжение водорода. Примеси свинца в цинкатном электролите с добавкой олова, в отличие от кислых цинковых электролитов, оказывают благоприятное влияние на структуру и цвет осадка. Покрытие образуется на катоде более мелкокристалличным и однородным по структуре. [c.248]

    ЧТО ОНИ возникают сначала в отдельных точках в виде темных рых лых наростов, число и размеры которых постепенно увеличиваются Механизм образования неудовлетворительных осадков из цинкат ных электролитов без специальных добавок был исследован Н. Т. Куд рявцевым, по мнению которого причиной возникновения губки в рас сматриваемых условиях являются коллоидные частицы цинка или частицы не полностью окисленного цинка. Последние попадают в раствор из-за неравномерного растворения цинка на аноде и в виде металлических золей электрофоретически переносятся на катод. Введение в состав цинкатных ванн небольших количеств солей ртути (0,1—0,2 Пл Hg), олова (0,25—0,5 Пл 5п) и свинца (0.05 Пл РЬ), а также использование цинковых анодов, содержащих примеси этих металлов, при плотностях тока ниже предельных позволяют получить очень плотные светлые осадки, совершенно свободные от губчатых образований. Предполагают, что в присутствии этих металлов происходит полное окисление части цинка, переходящего в раствор и выделение ртути, олова и свинца на катоде в эквивалентных количествах. В связи с тем что получение доброкачественных осадков цинка из цинкатных электролитов возможно лишь при наличии в электролите упомянутых добавок, последние также должны быть отнесены к числу основных компонентов цинкатных электролитов. На практике чаще всего применяется добавка станната натрия ЫагЗпОз. [c.164]

    В присутствии даже небольших количеств меди, свинца, серебра, мышьяка, висмута, сурьмы, олова и других металлов на катоде эбразуются губчатые осадки темно-серого или черного цвета, осо-Зенно при повышенных значениях pH. Удаление этих примесей I3 раствора достигается проработкой злектролита постоянным током при одновременном подкислении его серной кислотой. Примеси перекиси водорода оказывают вредное влияние на осадки цинка лишь при пониженной кислотности электролита. Весьма эффективным способом удаления органических примесей из цинкового электролита считается фильтрация загрязненного электролита через древесный или активированный уголь. Органические вещества при 5T0M адсорбируются углем. Примеси азотнокислых солей приводят к образованию губчатых осадков. Загрязненные азотнокислыми олями электролиты обычно заменяют новыми, так как в производственных условиях затруднительно удалять эти примеси. К вредно действующим относятся также такие органические соединения, как кипидар, ацетон и др. Для удаления этих веществ прорабатывают электролит постоянным током при плотности тока 5—10 а дм , г применением свинцовых анодов. [c.135]

    Лужение производится в стальных ваннах, похожих по конструкции на ванны электрохимического обезжиривания. В ваннах находится щелочный электролит, содержащий 85—ПО г/л четыреххлористого олова ЗпСи-ЗНгО, 8—12 г/л едкого и 10— 15 г/л уксуснокислого натрия СНзСООЫа (ГОСТ 199—52). Один раз в смену в ванну добавляется 1—2 г/л перекиси водорода Н2О2. Едкий натр и уксуснокислый натрий добавляются для поддержания определенной щелочности раствора. Перекись водорода добавляется для предотвращения образования рыхлых оловянных покрытий. Температура раствора поддерживается 70—80° С. Перед покрытием крышки ртутно-цинковых элементов монтируются на приспособлениях и завешиваются на штанги отрицательного электрода. Положительные электроды перед началом лужения зачищаются металлической щеткой. Электролиз проводится при плотности тока 0,5—2 а1дм . Толщина оловянного покрытия на деталях должна быть 4—б мк. Обычно такая толщина достигается при плотности тока 0,5 а/дм за 3— [c.272]

    Саморазряд серебряно-цинково-го аккумулятора определяется саморазрядом цинкового электрода. Скорость растворения цинка при отсутствии окислителей зависит преимущественно от скорости выделения на нем водорода при стационарном потенциале, т. е. от водородного перенапряжения на цинке в данном электролите [55]. Поэтому добавки в цинковый электрод металлов с высоким значением водородного перенапряжения, таких, как ртуть, свинец, олово, снижают, а с малым водородным перенапрялскорость растворения цинка. Вообще скорость растворения цинка той чистоты, которая требуется для аккумулятора, в щелочном растворе весьма незначительна. Скорость растворения реального цинкового электрода ввиду его очень больнюй поверхности, удельная величина которой равна примерно 0,5 м /г [56], существенно выше. Все же саморазряд серебряно-цинковых аккумуляторов сравнительно невелик. Для отечественных аккумуляторов при нормальных условиях хранения он [c.167]

    В некоторых случаях образование губки наступает также и при низких плотностях тока и не зависит от концентрации металла в растворе. Характерными примерами являются электролиз щелочных растворов солей олова, свинца и цинка, а также слабокислых почти нейтральных растворов соли цинка. Реже получаются губчатые осадки при электролизе простых солей никеля и железа. В присутствии вредных примесей в цинковых, никелевых, кадмиевых и некоторых других электролитах образование губки иа катоде возможно и при низком значении pH. Так, например, в присутствии азотнокислых солей п кислых цинковых, никелевых и кобальтовых электролитах губка образуется при pH = 1,2, причем наряду с ней на катоде образуются гидраты соответствующих металлов, относительное количество которых становится тем больше, чем выше концентрация нитратов и плотность тока. Выделение гидратов в данном случае объясняется, похшдимому, восстановлением на катоде аниона КОд до аммиака (ХНд). При на,личин в кислых цинковых, кадмиевых и нике-. 10ВЫХ электролитах небольшого количества (0,1—0,01 г/л) солей более электроположительных металлов (меди, мышьяка, сурьмы, свинца и др.), а также солей цинка в никелевом электролите, на катоде, как правило, возникают местные губчатые образования [6, 1]. [c.259]

    Отрицательный электрод имеет цилиндрическую форму и размещен по оси элемента. Пастированная активная масса 5 состоит из смеси цинкового порошка и небольшого количества желтого оксида ртути с загущенным щелочным электролитом. Оксид ртути предназначен для амальгамирования цинка, загущенный электролит служит связующим. В центре расположен латунный оловянирован-ный трубчатый токоотвод 6 в элементах меньшего размера применяют стержневой токоотвод из стальной оловянированной проволоки. Контакт цинка с оловом с точки зрения электрохимической коррозии цинка неопасен, поскольку водородное перенапряжение на амальгамированном олове весьма велико и выделение водорода почти не происходит. Токоотвод, выполняя роль каркаса пастированного электрода, жестко зафиксирован в элементе нижним концом он упирается в стальную никелированную крышку 8 (знак минус ), армированную полиэтиленом, верхним концом — в поливинилхлоридную прокладку-изолятор I. [c.100]


Производство батареек

EvilShooter

Вчера пока ехал с треньки домой в пустой эл-ке возникли 2 вопроса. Первый к теме этого форума отношения не имеет, а второй вот какой.
Уже неоднократно здесь сетовал народ на то, что де батареек на всю посткирдыковую жизнь не напасёшься, так что рано или поздно все ПНВ и пр. лабудень придётся выкинуть в погреб.
Но. Внимание вопрос. Раз уж мы собираемся строить новую жизнь на обломках старой, почему никто не спросит себя, а откуда и как эти самые Елементы питания берутся и как их делают? Вряд ли они растут на батареечных деревьях или выкапываются из батарейных грядок. А раз их сейчас кто-то как-то клепает, то почему бы не вкурить этот процесс, запастись всем, чем нужно и потом наладить монополию по производству этих штуковин? Может можно будет шутки умерших батареек использовать. Может нужны какие-то природные компоненты, приспособы, станки… Не знаю… Но может знает кто-то другой?

ZavGar

Угольный анод однозначно пригоден для повторного использования.
Загущенный электролит из клейстера и щёлочи — не проблема.
Остаются проблемы с цинковым электродом-стаканчиком, который «съедается», и марганцевым деполяризатором, без которого получить сколько-нибудь приемлемые характеристики невозможно.

Если отказаться от мобильности, «сухости» и герметичности элементов, поле деятельности значительно расширяются.

«Вольтов столб», по сути, — самоделка.

EvilShooter

ZavGar

Если отказаться от мобильности, «сухости» и герметичности элементов, поле деятельности значительно расширяются.

Нее, я хочу нормальные АА, там или 123.
Чтоб вставил в фонарик, закрутил и пошёл светить дальше.

old

Релоадинг батареек?

1гильдяй

Во времена плотной подготовки к БП, а именно году в 1980-85, точно не помню, в одном из научно-популярных журналов типа «Химия и жизнь» была статья по изготовлению батареек в домашних условиях. Так что ничего нереального нет.

——————
На теплоходе музыка играет — еще никто не знает про пожар…

UPD: Вроде статья эта: http://www.alhimik.ru/read/olg20.html

ZavGar

EvilShooter
Может нужны какие-то природные компоненты, приспособы, станки…
old
Релоадинг батареек?
Тогда однозначно — запасы цинка, в том числе и переработка стаканчиков от использованных батареек, переплавка, прокатка цинкового листа, глубокая штамповка. Эксперименты по [частичной] замене цинка свинцом и оловом.
Цинковый стаканчик — это и электрод, и корпус.

Прохожий_007

EvilShooter
откуда и как эти самые Елементы питания берутся и как их делают?
Самый простой элемент «из подручных материалов» — стеклянная банка, наполненная соленой водой (можно морской) с засунутыми в нее медной и цинковой пластинами. От десятка таких штуковин, наверное, карманный фонарик уже запитать можно. Только «карманным» он не будет 😛
Если вместо соленой воды использовать серную кислоту, ЭДС побольше будет.

Ну а далее уже развитие технологии. Например, если пластинки цинка и меди прокатать в фольгу потом сложить из них «бутерброд»: цинковая фольга — слой стеклоткани — медная фольга — слой стеклоткани и потом этот «бутерброд» скатать в «рулет», то уже с одной 3-литровой банки можно будет получить примерно то же, что сейчас имеем с ААА 😊.
Ну и так далее…

Погуглите по словам «гальванический элемент» — много чего высыпется из сети. Вот, например: http://www.bibliotekar.ru/alterEnergy/56.htm
А вообще-то тема в палате уже обсуждалась.
Ничто не ново под Луной!

А дома, «на коленке», собрать элемент в форм-фактре АА или 123 и с теми же энергетическими характеристиками — ИМХО, нереально.
Нужны высокие технологии и промышленное производство.

Nimravus

буду ядерные батарейки из спи.. ных ТВЭЛов делать 😀

EvilShooter

Вообще-то интересно в первую очередь всё таки понять, как сейчас делают нормальные батарейки с заданными ТТХ.
Тогда можно будет прикинуть, как это же можно делать самому и что для этого нужно.
А про банки с анализами — понятно.

Паралетчик

ссылки на поставку производственных линий: http://www.smd-group.com/trade_factory.htm

в целом каждая линия обслуживается не одним десятком человек, да и исходные комплектующие производит не одна сотня человек, да и исходное сырье для исходных коплектующих производит и поставляет не одна тысяча человек… т.е. для производства батарейки к фонарику потребуется несколько городков. а ведь еще и лампочки к фонарику понадобятся!

Sabr

Если нет под рукой комплекта свежих батареек, можно сделать самодельный источник питания. Для этого Вам потребуются два угольных стержня от старой батарейки, два тканных мешочка диаметров 20…25 мм и высотой 60 мм. В них устанавливаются стержни и наполняются активированным углем (дробленые медицинские таблетки).

В качестве электролита используется следующий раствор: в 1 л воды растворите 5 столовых ложек поваренной соли, 2 г борной кислоты и 3 г сахара.

Стенки стеклянной банки нужно покрасить черной краской.

Источник питания будет выдавать напряжение 1,5 В.


Откуда взял не помню уже

Прохожий_007

Sabr
Откуда взял не помню уже
Абсолютно непонятно, откуда в приведенном рецепте возьмется электрохимическая разность потенциалов.
Ничего не упустили?

Прохожий_007

EvilShooter
как это же можно делать самому и что для этого нужно.
А про банки с анализами — понятно.
Если «банки с анализами» не устраивают, то для изготовления самому всего остального в условиях полного кирдыка понадобится волшебная палочка 😊

EvilShooter

Мда, жизнь дерьмо…

sk0ndr

Как то читал о зарядке пальчиковых батареек. Проблем в токе зарядки -если повысить, то выделяемые газы выдавят электролит или отодвинут плюсовый контакт от центрального электрода.
Выход был найден в том, что бы делать отвестие в плюсовом контакте (сточить надфилем выступ на нем), после зарядки его запаивать.
Раза два-три, говорили, можно зарядить.

Wins

Я помню в детстве загонялся по поводу заряда батареек и самодельных гальванических элементов.
По поводу заряда — батарейки можно заряжать 1-2 раза, при офигенной потере рабочей емкости.
Самопальные элементы, типа два листа металла в банке с растовором кислоты -годятся максимум на то чтобы запитать простенький приемник.
ЧТо же касается аккумов, то самый «БПшный» вариант — Ni-Cd аккумуляторы, есть в корпусе обычных пальчиковых батареек, их плюсы — долговечность и большое количество допустимых циклов заряд-разряд(более 1000), хотя неизбежны и минусы вроде достаточно высокого саморазряда и малой емкости.

Vovan-Lawer

У меня дома лежит пара батареек Евереди. Если их вставить в фонарик и включить, то нить лампы накаливания засветится. Очень тускло, но засветится. Ничего удивительного ?
Но если учесть, что эти батарейки были привезены вместе с фонариком из Афганистана в 1980-м году …

Wins

а если нормальный аккум пролежит разряженным 30 лет и его потом зарядить — то будет работать как раньше. А так вариант — зарядил от аккум от солнечной батареи скажем и засунул в рацию.
Так что думаю будет оптимальным в таком случае обратить свой взор на изделия советской промышленности, особенно на серебряно-цинковые аккумуляторы, которые применялись в военных девайсах

dim99

две пластины свинца и серная кислота=аккум.
пробывал, работает

Sabr

Абсолютно непонятно, откуда в приведенном рецепте возьмется электрохимическая разность потенциалов.
Ничего не упустили?
Да не знаю честно говоря… Нашел в нете и сохранил. Внимания не обратил что-то. Может там мешочек для одного стержня только нужен? Фиг его знает. Сделать бы нужно и попробовать.

stiv1111

dim99
две пластины свинца и серная кислота=аккум.
пробывал, работает

Ну если это у Вас получилось- то можно на нобеля подавать 😊. Скорее всего вы взяли анод и катод от обычного свинцового аккумулятора — внешне они похожи, различаются только рецептом пористой массы, напресованной на свинцовую решетку. В сети легко найти их состав(по памяти не помню)

А по теме сообщения- несколько лет назад в туристических магазинах продавали т.н. вечные фонари в формате шахтерского- 2 массивных электрода(цинковый расходный) в емкости под электролит. Достаточно было залить соленой воды(или ее заменителя) и фонарь начинал гореть, сливаешь- гаснет. Вещь — бомба! Срок годности не ограничен при правильном хранении, ресурс огромный, соединив несколько запитывали даже рации.
По слухам в Зеленограде планируют возобновить х выпуск на новой элементной базе- со светодиодами и встроенными средствами зарядки

-AnGeL-

А если сделать упор на современные аккумуляторы типа «Енелуп», с низким саморазрядом? Раз в год их подзаряжать — на сколько их хватит, в смысле хранения? Да и запасти их впрок, пару десятков, для всякой мелочи…

dim99

две пластины (защита/обмотка кабеля)

stiv1111

Тогда неясно все- может и нобелевка 😊. Или обмотка двухслойная(типа со стальной или алюминиевой лентой. Просто по физике процесса для работы вольтова элемента- Вы сделали именно его- требуется наличие разницы электрохимических потенциалов материалов анода и катода.

dim99

2stiv1111

«Лекция для первокурсников мединститута. Профессор:
— Врач должен быть не только внимательным, но и небрезгливым.
Вот смотрите, я окунаю палец в мочу и облизываю его. Кто
может повторить ?
Все студенты припухли, сидят. Поднимается один из них и
повторяет действия преподователя.
Профессор:
— Отлично, но, кроме того, врач должен быть наблюдательным:
я окунул один палец, а облизал другой …»

мораль понятна? 😊

читаем мой пост
———-
Originally posted by dim99:
две пластины свинца и серная кислота=аккум.
пробывал, работает
————-

Lokki

stiv1111
А по теме сообщения- несколько лет назад в туристических магазинах продавали т.н. вечные фонари в формате шахтерского- 2 массивных электрода(цинковый расходный) в емкости под электролит. Достаточно было залить соленой воды(или ее заменителя) и фонарь начинал гореть, сливаешь- гаснет. Вещь — бомба! Срок годности не ограничен при правильном хранении, ресурс огромный, соединив несколько запитывали даже рации.

Ну этот «вечный фонарик» тоже на нобелевку тянет…. Не меньше
😉 😉 😉
Там расходный материал — магниевый электрод. Который далеко не вечно хранится. Десять лет.

dim99

«вечные» условно можно считать не заправленные щелочные аккумы

Аслан

Sabr
Если нет под рукой комплекта свежих батареек, можно сделать самодельный источник питания. Для этого Вам потребуются два угольных стержня от старой батарейки, два тканных мешочка диаметров 20…25 мм и высотой 60 мм. В них устанавливаются стержни и наполняются активированным углем (дробленые медицинские таблетки).

В качестве электролита используется следующий раствор: в 1 л воды растворите 5 столовых ложек поваренной соли, 2 г борной кислоты и 3 г сахара.

Стенки стеклянной банки нужно покрасить черной краской.

Источник питания будет выдавать напряжение 1,5 В.


Откуда взял не помню уже

Работать будет! Но это аккум, перед работой его нуно зарядить. Использовать нужно активированный уголь. При зарядке в его порах скапливаются в одном мешочке гидрооксид натрия, в другом — хлор. Емкость этого аккума пропорциональна качеству угля и его количеству.

С уважением.

БАМ-40

Может не потеме. Насколько я понял, мы хотим получить энергию и притом «шаровую» ,путем получения кустарным способом. Акумы — необходимо заряжать , «кустарные» батарейки- дают мало энергии при больших объемных габаритах. А если немного позаботится сейчас?. Например, закупить или лучше направить мысли на разработку более усовершенствованого доступного и простого элемента энергии , солнечные батареиъ Хотя, ИМХО- пока мы найдем непосредственное применение «кустарным» батарейкам , на их место может прийти более долгоиграющие устройства. Еще, так , размышление. Накоторое время нам понадобиться автономное питание, наши батарейки? Лет на 20 или 25? а потом они нам нужны будут , даже если их ресурс будет намного больше? Или мы понаследству передавать будем? Только если мы будем вынуждены в их применение наших «кустарных» , то мне кажется, что жизнь тогда далеко будет не сахар и наследственность может быть подвопросом. Почему бы не посмотреть немного дальше? В получении энергии не традиционным способом , а альтернативным. Например, пописал с утра + покакал + чегото еще досыпал
и процес пошел на день хватит [

.

sk0ndr

Например, пописал с утра + покакал + чегото еще досыпал
и процес пошел на день хватит

Вечные двигатели обсуждаем в разделе «Популярная механика» 😛

если только пописал- покалал — сойдет и добыча метана из отходов.

stiv1111

dim99
2stiv1111


мораль понятна? 😊

читаем мой пост
———-
Originally posted by dim99:
две пластины свинца и серная кислота=аккум.
пробывал, работает
————-

Извините за невнимательность- тема была про батарейки, вот я и не обратил внимание на то, что Вы сделали аккумулятор.
ИМХО важнее именно батареи, т.к. заряжать аккумуляторы будет негде или дорого

stiv1111

Lokki

Ну этот «вечный фонарик» тоже на нобелевку тянет…. Не меньше
😉 😉 😉
Там расходный материал — магниевый электрод. Который далеко не вечно хранится. Десять лет.

Ну из доступного- наиболее вечный. Сегодня специально связался с производителем- электроды при условии хранения в сухих условиях срока годности не имеют и окисляются только от влаги воздуха. Никаких особых доп химикатов для работы не надо- соленая вода или моча(а где взять серную кислоту в условиях БП?). Так что у меня лежит пара в запасе, с несколькими комплектами электродов. Жду, когда с инвентором выпустят новую модель

dim99

магний хранят под слоем масла/керосина, ибо без оного окисляется

stiv1111

или в парафине- намного проще и удобнее. А вообще из магния делают авиационные и автомобильные диски- пока краска не повреждена- прекрасно живут. Обязательного хранения в керосине требуют только натрий, калий и др металлы 1й группы

sk0ndr

Вопрос в тему — где магний можно купить?
Можно в виде лома — в детстве пилили колесные диски от вертолетов.
Где теперь взять — не знаю. И какой там второй электрод?
Где взять соль или мочу — вроде догадался сам.

stiv1111

Магний- сейчас наверное проще поискаль т.н. кованные диски для авто- может где-то на разборках есть ломанные.
Второй электрод- чем более инертный металл, тем лучше(свинец, угольный электрод), в крайнем случае сталь.

Клавишег

stiv1111
Второй электрод- чем более инертный металл, тем лучше(свинец, угольный электрод), в крайнем случае сталь.
лучше медь, у неё элект. потенциал еще больше чем у свинца.
а проще всего сделать пару медь-железо, по доступности материалов.

amba AK74

Так что у меня лежит пара в запасе, с несколькими комплектами электродов. Жду, когда с инвентором выпустят новую модель
Озвучте плиз цену, место приобретения, модель (ссылочки). Из того что видел (7 лет назад на выставке в Москве, но денег не хватило) инвертор уже был (если речь о… блин, забыл уже название).

Nomadic

Да ладно, батарейки для фонариков — это хрень. Фонарики можно в постапоклиптичном мире использовать и бензиновые…
А вот если бы для мобилок Nokia и HTC кто начал бы на колене делать — цены бы не было в посткирдычном мире…

1гильдяй

Nomadic
А вот если бы для мобилок Nokia и HTC кто начал бы на колене делать — цены бы не было в посткирдычном мире…
Вспомнил какой-то рассказ про партизан, когда радостный боец припер в катакомбы нажитый у немцев прожектор. И тут вдруг возник вопрос — а куда его, собственно, включать?

Ну будет 10 батареек к Нокии, дальше что? Базовые станции рабочие? Все остальное управление рабочее?

amba AK74

Ну будет 10 батареек к Нокии, дальше что? Базовые станции рабочие? Все остальное управление рабочее?
GPS (если работает), балистический калькулятор, карты, книги, справочники, фотик, диктофон и т.д. и т.п.

Лукавый сталкер

проще купить заряжаемые батарейки, паяльником аккуратненько, убрать вилку, и припаять солнечную батарейку

dim99

GPS (если работает), балистический калькулятор, карты, книги, справочники, фотик, диктофон и т.д. и т.п.
============
оставить GPS, остальное выкинуть или речь не о БП 😊

sk0ndr

оставить GPS, остальное выкинуть или речь не о БП
Ну да, а джакузи тоже выбросить?
Хех, умник 😊

dim99

оставить
как же без него настоящему выживальшику

Гарфилд Монмутский

Думайте, пиратики, думайте!
Есть ещё много интересных способов добывать энергию. Есть фонарик «Жук», советское чудо, кистевой испандер. При регулярной чистке, смазке и замене или ремонте механических деталей (это вот, действительно, на коленке делается) — вечный предмет, без всяких смайликов. Есть термопарные батареи в разных модификациях. Кидаешь эдакую коробочку с краешку в костёрчик — получаешь ЭДС, немного, но фотоаппарат мобильника (ну, посмотреть картинки, повздыхать ностальгически 😊 ) заработает. И т.д. и т.п.
Думайте, ищите!

беглец

Гарфилд Монмутский.

Хочу подробнее об «Есть термопарные батареи в разных модификациях. Кидаешь эдакую коробочку с краешку в костёрчик — получаешь ЭДС»…

Темой электропитания в стесненных условиях интерсовался плотно — описаных эффективных коробочек не встречал.
ТЭГи на элементах Пельтье есть. Но они далеко не коробочка. 😊

Я мог и пропустить что-то…
Не бросите чуть больше инфы?

Гарфилд Монмутский

Если найду в закромах Родины… Помню, что ещё почти 20 лет назад, в бытность студентом, мы рассчитывали такую термопарную батарею, кажется никль-платиновую (понимаю-понимаю… 😊), так вот, у (не соврать бы…) 40 термопар вольтаж получался что-то около 10, правда при довольно хилой силе тока. Но на маленький радиоприёмник хватало.

sk0ndr

кажется никль-платиновую
Где то сплав использовался под названием «константан»/
Бюджетнее платины ИМХО.

Гарфилд Монмутский

Всё правильно. Термопары вообще можно делать, практически, из любых металлов, просто у них разная эффективность. С эти приходится бороться только наращивая количество пар. С определённого предела мобильность такой батареи и практический смысл её использования пропадают — проще раскрутить генератор. Ветром или водой.
Кстати, есть такое забавное понятие, как потенциал течения. Объяснять долго, поищите по яндексам-гуглям, если вкратце — две пластины, между ними водичка протекает, электричество вырабатывается. Громоздко, малоэнергетично, но вечно и без всякого обслуживания.

sk0ndr

С определённого предела мобильность такой батареи и практический смысл её использования пропадают — проще раскрутить генерато
Некоторые спутники работали на ядерный батарейках — -котел грел одну сторону термопары. Закончилось все, когда такой спутник упал на территорию Канады.
Низкий КПД не смущал тогда.

cerfujyljyzaqwsx

А ведь самый поганый и маломощный генераторик будет приятней этих извратов…

Прохожий_007

cerfujyljyzaqwsx
самый поганый и маломощный генераторик будет приятней этих извратов…
Так оно, но есть маленькое «НО»: большинство доступных генераторов, например, автомобильные, как самые доступные в «пост-БПшных» условиях, требуют для начала работы подачи хоть какого-нибудь тока на обмотки электромагнитов статора.
То есть, задача сродни тому, как вытащить самого себя за волосы из болота.
И тут как раз и сможет помочь самый примитивный химический источник тока.

sk0ndr

требуют для начала работы подачи хоть какого-нибудь тока на обмотки электромагнитов статора.
Многие не требуют — хватает остаточного магнетизма железа якоря/ротора и статора. Хотя, если уж долго постоят, нужно подать хоть какое-то напряжение, об этом я прочитал в свое время в инструкции к сварочному генератору с дизельным приводом. Что мешало поднести к обмоткам просто постоянный магнит — не помню. Но знаю, небольшой постоянный магнит в якорях некоторых генераторов присутствует.

raxe

А что известно по поводу солевых аккумуляторов?

Прохожий_007

sk0ndr
Что мешало поднести к обмоткам просто постоянный магнит — не помню

небольшой постоянный магнит в якорях некоторых генераторов присутствует
Размагничиваются оне со временем.

SSDD

Эврика, бля…


«Работает ионикс на электрохимическом принципе. Значит, в его конструкции есть электроды и электролит. Для электродов подойдут два кружочка из меди, латуни или нержавейки. Еще нам понадобится угольный порошок. Купите в хозяйственном магазине сменные угольные таблетки для водоочистителей «Родничёк» и растолките их мелко-мелко. Электролит готовим из обыкновенной воды, растворив в ней на 100 г. воды 25г. соли. Смешайте раствор с угольным порошком до консистенции замазки и нанесите слоем в несколько милиметров сначала на один электрод, а затем и на другой. Теперь очередь за прокладкой, которая должна разделить электроды так, чтобы электролит свободно проходил через её поры, а угольный порошок нет. Из наиболее распространенны материалов подойдет обыкновенная промокашка, но можно поискать и что-нибудь попрочнее, например кусочек стеклоткани или поролона…»

Юный техник за декабрь 1990 года… Вспомнил, блин. Это, скорее, БП-аккумулятор, заряд 1 такого элемента не более 0,7 вольта. Хотя принцип там вобще конденсатора. Там в начале журнала статья о чудо-машинке на таком конденсаторе большой емкости, а потом в конце и технология изготовления.
http://jt-arxiv.narod.ru/DjVu/ut9012.djvu ссылка на номер.


Еще как вариант для БП предлагаю рассмотреть автомобильные «банки», что нагрузки сглаживают на сабвуферах и усилителях. На рынке присутствуют «монстры» 16 вольт и до 2 фарад включительно емкостью. От одного такого 12v лампочка горела очень долго.

перевод в Русско-литовском словаре онлайн

Смотреть что такое ЗАВОДКА в других словарях:

ЗАВОДКА

заводка ж. разг.winding up; (о моторе) starting

ЗАВОДКА

заводка возбужденность, горячка, подначка, подстрекательство, волнение, подговор, лихорадка, инспирирование, взволнованность, наущение, инспирация, возбуждение Словарь русских синонимов. заводка сущ., кол-во синонимов: 12 • взволнованность (32) • возбуждение (58) • возбужденность (32) • волнение (43) • горячка (35) • инспирация (10) • инспирирование (9) • лихорадка (45) • наущение (17) • подговор (7) • подначка (17) • подстрекательство (22) Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин.2013. . Синонимы: взволнованность, возбуждение, возбужденность, волнение, горячка, инспирация, инспирирование, лихорадка, наущение, подговор, подначка, подстрекательство… смотреть

ЗАВОДКА

1) Орфографическая запись слова: заводка2) Ударение в слове: зав`одка3) Деление слова на слоги (перенос слова): заводка4) Фонетическая транскрипция сло… смотреть

ЗАВОДКА

приставка — ЗА; корень — ВОД; суффикс — К; окончание — А; Основа слова: ЗАВОДКВычисленный способ образования слова: Приставочно-суффиксальный или префи… смотреть

ЗАВОДКА

заво́дка, заво́дки, заво́дки, заво́док, заво́дке, заво́дкам, заво́дку, заво́дки, заво́дкой, заво́дкою, заво́дками, заво́дке, заво́дках (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А. А. Зализняку») . Синонимы: взволнованность, возбуждение, возбужденность, волнение, горячка, инспирация, инспирирование, лихорадка, наущение, подговор, подначка, подстрекательство… смотреть

ЗАВОДКА

ж. см. завод II 1)Синонимы: взволнованность, возбуждение, возбужденность, волнение, горячка, инспирация, инспирирование, лихорадка, наущение, подговор… смотреть

ЗАВОДКА

-и, ж. разг. Действие по глаг. завести—заводить 1 (в 8 знач.).Синонимы: взволнованность, возбуждение, возбужденность, волнение, горячка, инспирация,… смотреть

ЗАВОДКА

Метать заводки. Жарг. мол. Назойливо приставать к кому-л. Максимов, 137.Синонимы: взволнованность, возбуждение, возбужденность, волнение, горячка, инсп… смотреть

ЗАВОДКА

техн. заве́дення, (неоконч. д. — ещё) заво́дження; (досок в пазы — ещё) запра́влення, (неоконч. д. — ещё) заправля́ння Синонимы: взволнованность, возбуждение, возбужденность, волнение, горячка, инспирация, инспирирование, лихорадка, наущение, подговор, подначка, подстрекательство… смотреть

ЗАВОДКА

• nastartování (motor)• nastartování (stroj)• natočení• natáčení• navlečení• navlékání• spouštění• spuštění• startování

ЗАВОДКА

зав’одка, -иСинонимы: взволнованность, возбуждение, возбужденность, волнение, горячка, инспирация, инспирирование, лихорадка, наущение, подговор, подн… смотреть

ЗАВОДКА

〔名词〕 上发条开动起动器Синонимы: взволнованность, возбуждение, возбужденность, волнение, горячка, инспирация, инспирирование, лихорадка, наущение, подговор, под… смотреть

ЗАВОДКА

ж. разг. caricamento m carica Итальяно-русский словарь.2003. Синонимы: взволнованность, возбуждение, возбужденность, волнение, горячка, инспирация, инспирирование, лихорадка, наущение, подговор, подначка, подстрекательство… смотреть

ЗАВОДКА

сущ. жен. родазаведення імен. сер. роду

ЗАВОДКА

Ударение в слове: зав`одкаУдарение падает на букву: оБезударные гласные в слове: зав`одка

ЗАВОДКА

заводка возбужденность, горячка, подначка, подстрекательство, волнение, подговор, лихорадка, инспирирование, взволнованность, наущение, инспирация, возбуждение<br><br><br>… смотреть

ЗАВОДКА

Зад Заводка Завод Задок Зак Зао Зов Зав Док Кава Ква Кова Код Коза Доза Дак Давка Возка Воз Водка Акво Ока Авок Ада Азов Акад Вад Ваза Вак Взад Вод Ода… смотреть

ЗАВОДКА

заво’дка, заво’дки, заво’дки, заво’док, заво’дке, заво’дкам, заво’дку, заво’дки, заво’дкой, заво’дкою, заво’дками, заво’дке, заво’дках

ЗАВОДКА

ЗАВОДКА заводки, мн. нет, ж. (разг. спец.). То же, что завод 2 в 1 и 2 знач. Заводка часов. Заводка испортилась.

ЗАВОДКА

бору, җибәрү, борып җибәрү, кабызу; завести часы сәгатьне борып җибәрү; завести мотор моторны кабызу

ЗАВОДКА

Начальная форма — Заводка, единственное число, женский род, именительный падеж, неодушевленное

ЗАВОДКА

часов) накручування, накрут (годинника).

arrowroot%20%5bflour%5d — со всех языков на все языки

Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────Айнский языкАканАлбанскийАлтайскийАрабскийАрагонскийАрмянскийАрумынскийАстурийскийАфрикаансБагобоБаскскийБашкирскийБелорусскийБолгарскийБурятскийВаллийскийВарайскийВенгерскийВепсскийВерхнелужицкийВьетнамскийГаитянскийГреческийГрузинскийГуараниГэльскийДатскийДолганскийДревнерусский языкИвритИдишИнгушскийИндонезийскийИнупиакИрландскийИсландскийИтальянскийЙорубаКазахскийКарачаевскийКаталанскийКвеньяКечуаКиргизскийКитайскийКлингонскийКомиКомиКорейскийКриКрымскотатарскийКумыкскийКурдскийКхмерскийЛатинскийЛатышскийЛингалаЛитовскийЛюксембургскийМайяМакедонскийМалайскийМаньчжурскийМаориМарийскийМикенскийМокшанскийМонгольскийНауатльНемецкийНидерландскийНогайскийНорвежскийОрокскийОсетинскийОсманскийПалиПапьяментоПенджабскийПерсидскийПольскийПортугальскийРумынский, МолдавскийСанскритСеверносаамскийСербскийСефардскийСилезскийСловацкийСловенскийСуахилиТагальскийТаджикскийТайскийТатарскийТвиТибетскийТофаларскийТувинскийТурецкийТуркменскийУдмуртскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийФарерскийФинскийФранцузскийХиндиХорватскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧеркесскийЧерокиЧеченскийЧешскийЧувашскийШайенскогоШведскийШорскийШумерскийЭвенкийскийЭльзасскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЮпийскийЯкутскийЯпонский

 

Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────АймараАйнский языкАлбанскийАлтайскийАрабскийАрмянскийАфрикаансБаскскийБашкирскийБелорусскийБолгарскийВенгерскийВепсскийВодскийВьетнамскийГаитянскийГалисийскийГреческийГрузинскийДатскийДревнерусский языкИвритИдишИжорскийИнгушскийИндонезийскийИрландскийИсландскийИтальянскийЙорубаКазахскийКарачаевскийКаталанскийКвеньяКечуаКитайскийКлингонскийКорейскийКрымскотатарскийКумыкскийКурдскийКхмерскийЛатинскийЛатышскийЛингалаЛитовскийЛожбанМайяМакедонскийМалайскийМальтийскийМаориМарийскийМокшанскийМонгольскийНемецкийНидерландскийНорвежскийОсетинскийПалиПапьяментоПенджабскийПерсидскийПольскийПортугальскийПуштуРумынский, МолдавскийСербскийСловацкийСловенскийСуахилиТагальскийТаджикскийТайскийТамильскийТатарскийТурецкийТуркменскийУдмуртскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийФарерскийФинскийФранцузскийХиндиХорватскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧаморроЧерокиЧеченскийЧешскийЧувашскийШведскийШорскийЭвенкийскийЭльзасскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЯкутскийЯпонский

Опыты без взрывов — читать бесплатно онлайн полную версию книги автора Олег Ольгин (5 ЛОВКОСТЬ РУК) #6

5 ЛОВКОСТЬ РУК

Нас окружает множество вещей и веществ, которые кажутся обыденными и ничем не примечательными. Однако очень часто они обладают удивительными свойствами — надо только суметь их заметить. Скажем, алюминиевой ложкой можно выпрямлять переменный ток, спичкой — зажечь электрическую лампочку, сахаром-рафинадом — высечь искры, а марганцовкой из аптеки — начистить до блеска кастрюлю. Но для этого надо, во-первых, знать свойства веществ и, во-вторых, уметь этими свойствами пользоваться, иными словами, необходима ловкость рук, приобретаемая с опытом. И, как в старые времена говорили фокусники, — никакого мошенничества!

Итак, займемся фокусами — серьезными химическими фокусами. Иногда — для забавы, но чаще — для демонстрации необычных явлений и изготовления необычных вещей.

ЛОЖКА-ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Для этого опыта годится любая алюминиевая ложка — чайная или столовая. Ее надо тщательно вымыть и обезжирить; как это сделать, вы знаете из опытов с анодированием алюминия. Ложка будет первой деталью будущего выпрямителя тока, а второй нам пока послужит пустая консервная банка, высотой примерно с ложку, во всяком случае, не намного ниже.

Жестяную банку вымойте с мылом или стиральным порошком, ополосните и заполните раствором для анодирования алюминия: на 100 мл воды — 20 мл серной кислоты (осторожно!). Кислоту можно заменить, карбонатом аммония (NН4)2СО3 (10 г) или в крайнем случае пищевой содой, растворив ее в воде до насыщения. Вода должна быть дистиллированная, годится и чистая дождевая.

Прежде чем опускать ложку в банку, прикиньте, до какого места ложки будет доходить раствор. На границе раствор — воздух алюминий будет интенсивно растворяться, и ложка скоро развалится на две части. Чтобы этого не произошло, участок вблизи границы покройте слоем лака или водостойкого клея.

Теперь подвесьте ложку в банке так, чтобы она не касалась стенок; устройство подвески вы, наверное, без труда придумаете сами. Под банку положите кафельную плитку или любую другую не проводящую электричество подставку. На этот раз мы будем пользоваться не батарейками или аккумулятором, а переменным током от сети, и, естественно, надо полностью себя обезопасить. По той же причине самым тщательным образом изолируйте все оголенные концы проводов, а во время опыта не прикасайтесь ни к ложке, ни к банке. Лучше всего, если перед включением тока вы накроете их перевернутым фанерным ящиком или пластмассовым ведерком.

Электрическая схема проста: включите в цепь последовательно лампу мощностью около 40–60 Вт, переключатель, ложку и банку; если есть амперметр, можно подсоединить и его. Когда схема собрана и надежность изоляции проверена, включайте ток.

Сначала, как вы и догадываетесь, лампа загорится, потому что раствор в банке электропроводен. Но примерно через полчаса она станет светить заметно слабее, а потом и вовсе погаснет. Ложка стала выпрямителем. Она пропускает ток только в одном направлении — от банки к ложке.

В этом было бы легко убедиться, будь у вас осциллограф: на его экране в начале опыта светилась бы синусоида, а в конце нижняя ее ветвь исчезла бы: в цепи течет так называемый импульсный ток. Осциллограф помог бы сразу установить, где положительный полюс выпрямителя, а где отрицательный (это очень важно, если вы собираетесь ставить с самодельным выпрямителем электрохимические опыты). Но можно обойтись и без приборов: полярность выпрямителя легко установить, пользуясь полоской фильтровальной бумаги, смоченной слабым раствором поваренной соли с добавкой индикатора фенолфталеина.

Отключите ток, прижмите листок к ложке и к банке и закрепите его, например, пластмассовыми бельевыми прищепками. Включите ток, и несколько минут спустя фильтровальная бумага покраснеет у одного из полюсов. Этот полюс — отрицательный. При электролизе воды (соль нужна только затем, чтобы увеличить электропроводность) на отрицательном электроде (катоде) выделяется водород, а ионы ОН остаются в избытке. Эти ионы и обусловливают щелочные свойства, поэтому индикаторная бумага краснеет.

Такое же испытание влажной индикаторной бумагой с солью и фенолфталеином можно провести и в том случае, если вы перепутали полюса аккумулятора или батарейки. Так как здесь напряжение невелико, полоску бумаги можно просто прижать руками к обоим полюсам источника тока.

Но отчего алюминиевая ложка стала выпрямителем? После включения тока на ней, как и при анодировании алюминия, растет пленка оксида алюминия. А эта пленка — полупроводник: пропускает ток только в одном направлении. Это ее свойство нередко используют в технике.

С помощью самодельного выпрямителя можно ставить некоторые электрохимические опыты, которые описаны в этой книге. Но в соответствии с условиями опыта включайте выпрямитель через понижающий трансформатор. Напряжение ни в коем случае не должно превышать 40 В. А ток, который можно снимать с алюминиевой ложки, может достигать нескольких десятков ампер.

Но обязательно ли брать для выпрямителя ложку и консервную банку? Разумеется, нет. Вместо ложки можно взять алюминиевый электрод любой формы, вместо банки — железный, свинцовый или графитовый электрод и погрузить их в стеклянный сосуд, в который налит раствор электролита. Более того, так мы и советуем вам поступить, если вы решите использовать самодельный выпрямитель на практике. Но если вы собираетесь продемонстрировать, как оксид алюминия выпрямляет переменный ток, то ложка с банкой выглядят гораздо эффектнее…

ЗАЖГИТЕ ЛАМПУ СПИЧКОЙ!

Для этого опыта удобнее взять настольную лампу. Один из ее проводов отсоедините от вилки и удлините, не забывая о хорошей изоляции.

Возьмите небольшую узкую стеклянную трубку с тонкими стенками (проще всего воспользоваться стеклянными рейсфедерами с оттянутыми концами). Вставьте в трубку с двух концов электроды — проводки диаметром около 1 мм; закрепите их в трубке изоляционной лентой. Электроды не должны соприкасаться, расстояние между ними 1–2 мм.

Удлиненный провод от лампы присоедините к одному из электродов, а другой электрод соедините проводом со свободным гнездом вилки и изолируйте. У вас получится цепь, разомкнутая в одном участке — между электродами. Закрепите стеклянную трубку в горизонтальном положении. Это совсем просто сделать, если провода жесткие, с пластмассовой изоляцией: зажмите провод, и трубка будет на нем держаться. Подготовка к опыту закончена, можно включать вилку в сеть. Лампа, конечно, гореть не будет.

Поднесите к трубке, в которую вставлены электроды, зажженную спичку. Если трубка из не тугоплавкого стекла, то стекло размягчится и трубка при этом чуть-чуть провиснет. И тут же загорится лампа, несмотря на то, что цепь по-прежнему остается разомкнутой. Дело в том, что соли, входящие в состав стекла, при нагревании ионизируются, и стекло становится проводником.

Если опыт не получается из-за того, что трубка широка, то вместо спички возьмите свечку или спиртовку. Зажечь лампу свечкой — тоже эффектный опыт.

А еще можно ее зажечь с помощью расплавленной селитры. Закрепите вертикально пробирку, на дно которой насыпано немного калиевой или натриевой селитры (нитрата калия или натрия), и опустите в нее две медные проволочки. Чтобы медные электроды не соприкасались, пропустите их сквозь пробку. Подсоедините к электродам лампу так же, как в предыдущем опыте. Когда вы включите ток, лампа, естественно, не загорится: твердая селитра ток не проводит.

Нагрейте селитру до плавления с помощью таблеток сухого горючего — лампа вспыхнет. Ионы, составлявшие кристаллическую решетку соли, приобретают подвижность, и цепь замыкается. Лампа будет гореть и после того, как вы уберете пламя: у расплава селитры высокое электрическое сопротивление, и то тепло, которое выделяется при прохождении тока, поддерживает селитру в расплавленном состоянии.

Подобным образом можно поставить опыт не с расплавом, а с раствором, например, поваренной соли. Электроды в этом случае лучше взять графитовые. Погрузите их сначала просто в банку с водой, а потом небольшими порциями добавляйте соль, и лампа будет разгораться все ярче.

Между прочим, таким способом удобно проверять электропроводность растворов. Проверьте, например, как проводят ток растворы соды, сахара и уксусной кислоты разной концентрации.

И еще один, не вполне обычный опыт с электрической лампочкой, но не с большой, а от карманного фонаря. Укрепите ее в полоске жести, согнутой под прямым углом, и вставьте полоску в небольшой химический стакан так, чтобы стеклянный баллон лампочки оказался внутри стакана и был обращен к его дну. Подключите лампочку к батарейке: выступ на цоколе, самый крайний его участок соедините с отрицательным полюсом, а полоску жести — с положительным. Обратите внимание: припаивать проводники нельзя, потому что во время опыта припой может расплавиться. Надо придумать механический контакт или же использовать патрон от старого карманного фонаря.

До начала опыта выньте лампу из стакана и насыпьте в него нитрат натрия (нитрат калия в этом случае не годится; почему — станет ясно позже). Поставьте стакан на асбестовую сетку или металлическую пластинку и нагрейте его на пламени газовой горелки или спиртовки; сухой спирт не очень удобен, так как трудно регулировать температуру расплава. Селитра плавится при 309 °C, а при 390 °C уже разлагается; вот в таком интервале и придется поддерживать температуру. Для этого изменяйте либо размер пламени, либо расстояние до стакана. Следите, чтобы расплав не застывал, даже с поверхности.

В расплавленную селитру осторожно опустите лампочку. Большая часть стеклянного баллона должна быть погружена в расплав, но следите за тем, чтобы верхняя часть цоколя, к которой припаян проводник, не соприкоснулась с селитрой — произойдет короткое замыкание. Зажженную лампочку подержите в селитре около часа, потом отключите ток, погасите горелку и аккуратно доставьте лампочку. Когда она остынет, промойте ее водой, и вы увидите, что лампочка изнутри покрыта зеркальным слоем!

Мы уже говорили, что при нагревании заряженные частицы в стекле приобретают подвижность (поэтому и зажглась лампа, когда трубку нагревали спичкой). Главные действующие лица — ионы натрия: уже при температуре выше 300 °C они становятся достаточно подвижными. Само стекло остается при этом совершенно твердым.

Когда вы погрузили включенную лампочку в расплав селитры, то стекло, из которого сделан баллончик, оказалось в электрическом поле: спираль — отрицательный полюс, расплав, который соприкасается с полоской жести, — положительный. Подвижные ионы натрия начали двигаться в стекле в сторону катода, т. е. по направлению к спирали. Иными словами, они перемещались к внутренней стенке баллона.

Значит, зеркальный налет изнутри натриевый? Да. Но как же ионы превратились в металл?

Раскаленные металлы (в том числе и те, из которых изготовлена спираль) испускают электроны. От спирали они попали на внутреннюю поверхность стекла и соединились там с ионами натрия. Так образовался металлический натрий.

Но почему для опыта не годится калиевая селитра? Ведь нитрат вроде бы и не участвует в процессе… Нет, участвует. Когда ион натрия стал нейтральным атомом, в стекле осталась отрицательно заряженная ионная дырка. Тут и нужна натриевая селитра: из ее расплава под действием электрического поля в стекло проникают ионы натрия и заполняют дырки. А ионы калия примерно в полтора раза больше ионов натрия, они не смогут войти в стекло. В калиевой селитре лампа просто треснет.

Такой необычный электролиз через стекло иногда применяют на практике, чтобы получить слой очень чистого натрия, или, более строго, — спектрально чистого.

ДОЛГАЯ ЖИЗНЬ БАТАРЕЙКИ

Представьте, что случилось такое: вы принялись за электрохимический опыт, собрали цепь — а батарейка вдруг «села», и запасной батарейки нет. Как быть? Но это еще полбеды. Гораздо хуже, когда карманный фонарик гаснет темным вечером, да еще в лесу. И как обидно, если батарейки транзисторного приемника отказывают как раз в ту минуту, когда по радио передают вашу любимую песню, или во время трансляции футбольного матча. Но что уж тут поделаешь…

А между тем кое-что предпринять можно. Если запасной батарейки нет, не спешите выбрасывать старую, а попробуйте ее «оживить».

Многие современные батарейки — «Крона», «Марс», «Сатурн», КБС и другие — состоят из элементов марганцево-цинковой системы. При работе отрицательный электрод этих батареек — цинковый стаканчик — постепенно, но очень медленно, растворяется, а положительный электрод — диоксид марганца МnО2, восстанавливается до гидроксида трехвалентного марганца (его формулу можно представить как МnООН). Он постепенно покрывает зерна оксида, проникает вглубь зерен и закрывает доступ электролиту. Еще и половина оксида марганца не использована, а элемент уже перестает работать; цинка же к тому времени остается еще больше, до четырех пятых! Словом, почти годную батарейку приходится выбрасывать.

Но если снять «скорлупу» МnООН, то электролит вновь сможет поступать к зернам и батарейка оживет. Только как ее снять? Самый простой способ: постучать по батарейке как следует молотком или камнем. Тогда зерна внутри элементов расколются, и электролит снова сможет в них проникнуть. Этот способ не ахти как хорош, но в лесу, пожалуй, лучшего не найти…

Если же батарейка отказала дома, то активировать диоксид марганца можно гораздо эффективнее. В цинковом стаканчике батарейки пробейте гвоздем отверстие и опустите батарейку в воду. Электролит в элементе не жидкий (это было бы неудобно), а загущенный. Он размокает в воде, разжижается, и ему легче проникнуть к зернам диоксида марганца. Этот нехитрый прием позволяет увеличить срок службы батарейки почти на треть. Но его можно еще более упростить.

Заливать батарейку водой совсем необязательно. Достаточно только пробить отверстие в цинковом стаканчике. Оксид марганца в элементе смешан с графитовым порошком — это нужно для того, чтобы увеличить электропроводность. Как только воздух начнет поступать внутрь, графит будет поглощать кислород, и наряду с диоксидом марганца появится еще один положительный электрод — так называемый воздушный, на котором кислород восстанавливается. Словом, простой гвоздь превращает марганцево-цинковый элемент в воздушно-цинковый!

Справедливости ради скажем, что после такой процедуры батарейка будет разряжаться малым током — таковы уж свойства самодельного воздушно-цинкового элемента. Зато служить будет очень долго.

И последнее: сделаем так, что старая батарейка станет почти совсем как новая. Для этого батарейку надо зарядить электрическим током, т. е. поступить с ней так же, как с аккумулятором. Реакция, идущая в батарейке, обратима, и МnООН может вновь превратиться в МnO2.

Заметьте, что подзаряжать можно не все батарейки, а только те, в которых не засохла паста и корпус не поврежден. И заряжать надо не обычным постоянным током, как заряжают аккумуляторы. В этом случае цинк станет осаждаться на корпусе батарейки в виде разветвленных нитей — дендритов, и очень скоро это приведет к тому, что произойдет короткое замыкание и батарейка выйдет из строя. Заряжать ее надо так называемым асимметричным током. Чтобы получить его, надо выпрямлять переменный ток не полностью, например: включить в цепь диод-выпрямитель и параллельно ему — сопротивление (около 50 Ом). Напряжение источника должно быть около 12 В, поэтому использовать ток непосредственно от сети нельзя, нужен понижающий трансформатор.

Марганцево-цинковые элементы можно заряжать до трех раз, их емкость при этом падает совсем незначительно. А маленькие, так называемые пуговичные элементы (в них использована ртутно-цинковая система) можно подзаряжать до десяти раз. Но пробивать их гвоздем или стучать по ним молотком нет смысла — в этих элементах после разряда практически не остается активных веществ.

ИСТОЧНИКИ ТОКА ИЗ ПОДРУЧНЫХ СРЕДСТВ

Чтобы оживить старую батарейку, действительно требуется ловкость рук. Но. в еще большей степени она будет вам нужна, если вы решите изготовить самодельный источник тока. Он может пригодиться для различных электрохимических опытов, например с анодированием алюминия или с никелированием.

Есть множество химических источников тока, но, пожалуй, самый простой в изготовлении — элемент Грене. Для него нужны две пластинки — цинковая и угольная такого размера, чтобы они входили в стеклянную банку. Подберите к ней полиэтиленовую крышку, проколите ее в двух местах шилом и пропустите в отверстия проволочки. На этих проволочках подвесьте пластинки-электроды так, чтобы они не касались друг друга.

Электролитом будет служить водный раствор, содержащий 16 % серной кислоты и 12 % бихромата калия (хромпика). Когда вы будете готовить раствор, лейте, как всегда, кислоту в воду и будьте очень осторожны.

Электролит аккуратно перелейте в банку; раствор должен закрывать пластинки примерно на три четверти. Банку плотно закройте заготовленной крышкой с проводами и электродами. В тот момент, когда электроды, соприкоснутся с электролитом, возникнет электрический потенциал. Если цепь замкнуть, по ней пойдет электрический ток. Это легко проверить, подсоединив к проволочкам вольтметр: он покажет напряжение около 2 В. Однако сила тока не слишком велика, от элемента не будет даже работать лампочка для карманного фонаря. Но если вы изготовите не один, а два или три элемента Грене и соедините их последовательно — цинковую пластину с угольной, то лампочка будет гореть. А для опыта с никелированием достаточно и одного элемента Грене.

Хотя элемент Грене работает надежно, у него есть как минимум два недостатка: во-первых, неудобно иметь дело с жидким электролитом, да к тому же содержащим серную кислоту, во-вторых, не всегда есть под рукой цинковые и угольные пластинки. Поэтому займемся и другими самодельными источниками тока. Пусть они и уступают жидкостным элементам, зато не будет проблем с материалами.

Чай и сигареты часто заворачивают в фольгу, у которой одна сторона «серебряная», а другая — бумажная. В магазинах «Юный техник» продают медную фольгу. И ту и другую нарежьте на квадраты примерно 5 х 5 см и кладите одну на другую вперемежку так, чтобы медь ложилась на «серебро». Самый нижний слой должен быть бумажным, самый верхний — медным. У вас получилась батарея элементов; чем выше стопка, т. е. чем больше элементов, тем выше и напряжение.

Из медной фольги вырежьте полоски — токоотводы, приложите их к стопке сверху и снизу и обмотайте изоляционной лентой, а потом погрузите батарейку в электролит — раствор поваренной соли. Чтобы убедиться в том, что батарейка начала работать, поднесите к ее полюсам, как вы это уже делали прежде, полоску фильтровальной бумаги, смоченной раствором фенолфталеина. У отрицательного полюса раствор покраснеет. Напряжение у такой батарейки может достигать нескольких вольт, но ток, к сожалению, слабоват.

Для других источников тока проще всего будет воспользоваться готовыми уже материалами из старых, отслуживших свое батареек. Разломайте батарейки и извлеките из них активную массу оксида марганца, которой обмазаны электроды, графитовые стержни и засохшую пасту (загущенный электролит) — соскребите его и положите для набухания и воду. Оксид марганца разотрите в порошок и смешайте с несколькими каплями фотоклея или раствора желатины. Этой смесью обмажьте графитовый стержень или же грифель простого карандаша, оставив сверху свободный участок для крепления контакта. Когда смесь высохнет, обмотайте стержень «серебряной» бумагой в несколько слоев, «серебром» наружу, и обвяжите ниткой. Один проводок плотно обмотайте вокруг стержня, другой — вокруг «серебряной» бумаги и приклейте его липкой лептой. Обмотайте элемент изоляционной лентой — он готов к работе.

Более совершенные элементы получаются, если активную массу и пасту увлажнять раствором хлорида аммония (24 г на 100 мл дистиллированной воды; полезно добавить 1 г хлорида кальция). Если этот раствор нагреть с крахмальным молоком, то получится электролит в виде пасты.

Возьмите полиэтиленовую пробку от бутылки, проколите в дне отверстие и пропустите через него проволочку. В пробку положите кружок из оцинкованного железа, он должен быть прижат к проволочке-токоотводу. Из фильтровальной бумаги вырежьте кружок по внутреннему диаметру пробки, пропитайте его электролитом, смажьте пастой и вложите в пробку. Сверху положите размоченную активную массу с оксидом марганца из старой батарейки и прижмите кружком, вырезанным из графитового стержня — он будет служить вторым токоотводом. Из таких «пробочных» элементов тоже можно составить батарею, дающую напряжение в несколько вольт.

Пластмассовую пробку можно заменить железной с оловянным покрытием — от бутылки с лимонадом или минеральной водой. Естественно, цинк в этом случае уже не нужен, равно как не нужно пробивать отверстие в пробке — она сама по себе электропроводна, но оловянный элемент дает невысокое напряжение.

Еще более совершенный элемент — в виде стаканчика из алюминиевой фольги. Стаканчик можно изготовить с помощью короткого (3–4 см) отрезка пластмассового шланга. Внутрь вложите листок фольги заведомо большей высоты, прижмите к стенкам, а из «лишнего» материала сделайте донышко и распрямите его круглым стержнем, например обратной стороной шариковой ручки. Алюминиевый стаканчик вполне заменит цинковый.

Картонный кружок положите на дно и смажьте стаканчик изнутри загущенным электролитом из старой батарейки или самодельным. Слой не должен превышать 1 мм. Мешочек из легкой ткани наполните увлажненной массой МnO2, уплотните, слегка надавливая тем же круглым стержнем, добавьте доверху массу и вдавите графитовый стержень (или грифель карандаша). Еще раз слегка уплотните массу, прикройте по возможности мешочек и наденьте на стержень второй картонный кружок с отверстием посередине — он не даст электроду наклоняться. Зажгите свечу и накапайте на эту шайбу, а потом на донышко элемента парафин для изоляции.

Такой элемент дает напряжение около 1 В, ноток его больше, чем у элемента из пробок. Два-три «стаканчика» дают возможность слушать транзисторный приемник через наушники.

КРИСТАЛЛЫ — БОЛЬШИЕ И МАЛЕНЬКИЕ

О выращивании кристаллов написано так много, и эти опыты настолько эффектны и несложны в исполнении, что наверняка вы их ставили хотя бы раз и знаете, в чем принцип. Собственно, ничего мудреного тут нет: надо приготовить горячий насыщенный раствор какой-либо соли (хлорида натрия, сульфата меди или железа, квасцов, бихромата калия и т. д., перечень очень велик), осторожно охладить его, чтобы излишек растворенного вещества не выпал в осадок (такой раствор называется пересыщенным), и, наконец, ввести затравку — кристаллик той же соли, подвешенный на нитке. После этого остается только прикрыть сосуд листком бумаги, поставить в укромное место и ждать, пока не вырастет крупный кристалл, на что могут уйти недели или даже месяцы; единственное, что придется изредка делать — это подливать понемногу насыщенный раствор по мере испарения.

Все это действительно известно. Но вариантов опыта очень много, и мы выберем не самые распространенные, например, с нитратом свинца и иодидом калия. Смешайте одинаковые объемы 10 %-ных растворов этих солей, и в сосуде выпадет осадок иодида свинца. Аккуратно слейте с него жидкость. Вскипятите воду в каком-либо прозрачном сосуде, подкислите ее уксусом и, пока она кипит, добавьте еще влажный осадок иодида свинца, взболтав его. При медленном остывании жидкости в ней вырастут золотистые кристаллы.

Вариация на ту же тему: слейте в пробирку растворы нитрата свинца и иодида калия, вскипятите содержимое вместе с осадком, чтобы он растворился, а затем быстро остудите под краном. В этом случае образуются мельчайшие золотые кристаллики, взвешенные в жидкости.

Вообще размер кристаллов сильно зависит от скорости охлаждения. Всыпьте 20 г нитрата калия небольшими порциями в сосуд с 25 мл воды. После добавления очередной порции взбалтывайте смесь, чтобы соль растворилась, а затем насыпайте следующую порцию. Когда соль перестанет растворяться, немного нагрейте сосуд, всыпьте еще порцию, взболтайте, снова нагрейте. И так до тех пор, пока вся взятая соль не растворится. Теперь разлейте раствор в два сосуда, и один оставьте остывать на воздухе (для еще более медленного остывания можно накрыть его несколькими слоями плотной ткани). В этом сосуде образуется несколько крупных кристаллов, а при удачном стечении обстоятельств — и один кристалл. Другой сосуд сразу же поставьте в кастрюлю с холодной водой, и в нем выделится множество мелких кристалликов. Это общее правило.

Следующие два опыта настолько впечатляющи, что их смело можно показывать зрителям, конечно, тщательно все подготовив. Первый из них — опыт Пелиго. Цилиндр высотой 25–30 см вымойте изнутри горячей водой и через воронку по стенке налейте в него горячий очень концентрированный раствор гипосульфита, чтобы он заполнил цилиндр на 1/3. Этот раствор готовят так: 450 г гипосульфита растворяют при нагревании в 45 мл воды.

Второй раствор — ацетата натрия (300 г на 45 мл воды) также горячим влейте через ту же воронку еще на 1/3 цилиндра. Лейте очень аккуратно, этот раствор не должен смешиваться с ранее налитым раствором. Наконец, верхнюю треть цилиндра столь же осторожно заполните горячей водой, которая предохранит насыщенный раствор от преждевременной кристаллизации.

В сосуде три слоя: вода, пересыщенный раствор ацетата натрия, пересыщенный раствор гипосульфита. Накройте цилиндр стеклом, дайте остыть до комнатной температуры, а после этого можно приступать к опыту.

К концу стеклянной палочки прикрепите кусочком воска маленький, незаметный кристаллик гипосульфита (воск слегка расплавьте, нагрев его над пламенем). На глазах у зрителей быстро опустите палочку в нижний слой. Концентрация соли столь высока, что тотчас вокруг кристаллика нагромоздится множество новых кристаллов, образуя подобие цветка. А в среднем слое «чужое» вещество вокруг кристалла гипосульфита кристаллизоваться не будет.

Другую, точно такую же палочку с воском, но уже с маленьким кристаллом ацетата натрия (зрители не должны заметить разницы) опустите в средний слой — здесь тоже вырастет цветок, но совсем другой! Цилиндр, если обращаться с ним осторожно, удается использовать несколько раз.

Другой опыт, напоминающий фокус, — с одним только ацетатом натрия. Растворите 100–150 г соли в горячей воде (лучше в эмалированной посуде) и медленно выпаривайте, стараясь точно уловить момент, когда надо прекратить выпаривание: дуйте время от времени па поверхность горячего раствора, и как только станет появляться пленка, напоминающая жировую, это значит, что концентрация соли та, что требуется для образования кристаллогидрата состава CH3COONa*3H2O. Перелейте жидкость в чистый тонкий стакан, закройте его и поставьте остывать. В остывшую жидкость достаточно внести ничтожное количество затравки — ацетата натрия, чтобы она мгновенно закристаллизовалась и превратилась в твердую массу, напоминающую лед. Если вы немного недодержали жидкость на огне и воды в ней многовато, то над застывшей массой будет немного воды, которую надо слить. Если же воды не хватает, то на поверхности окажется налет соли. Снимать его нет смысла, проще добавить немного воды.

Расплавляя кристаллогидрат на водяной бане и охлаждая его, опыт можно проделывать множество раз, в том числе и на глазах изумленной публики, — а кто не изумится, увидев, как вода на глазах застывает без охлаждения? Напротив, стакан даже разогревается — это выделяется теплота кристаллизации. Стакан можно перевернуть, и из него не выльется ни единой капли.

Показывая опыт как фокус, постарайтесь стряхнуть крупинку соли незаметно — скажем, с кончика «волшебной палочки». И обязательно плотно закрывайте стакан между опытами, иначе даже случайная пылинка сможет вызвать незапланированную кристаллизацию.

Реагент для этого опыта — ацетат натрия можно получить из уксусной кислоты и соды. Если вы будете готовить его самостоятельно, то уксусную кислоту разбавьте водой примерно втрое и всыпайте в нее соду небольшими порциями, постепенно, дождавшись, когда прекратится вспенивание от предыдущей порции соды. Без этого реакция пойдет так бурно, что жидкость может выбросить из сосуда.

И еще необычные кристаллы — металлические, Будем выращивать кристаллы меди.

Мелкие медные кристаллы вы уже получали, когда опускали гвоздь в раствор медного купороса. Они настолько малы, что пленка меди на поверхности кажется почти сплошной. А чтобы приготовить крупные кристаллы, надо как-то замедлить реакцию, что-бы выделяющаяся в реакции медь успевала осесть на кристаллы и достраивала их. Медленное охлаждение — возможный способ, но в том случае, когда не идет химическая реакция…

Тормозом для реакции будет служить поваренная соль. Положите на дно сосуда (например, стеклянной банки) немного кристаллов медного купороса и засыпьте их поваренной солью, по возможности мелкой. Прикройте их кругом, вырезанным из промокательной или фильтровальной бумаги; этот круг должен касаться стенок сосуда. Сверху, прямо на бумагу, положите железный кружок несколько меньшего диаметра. Заранее протрите его наждачной бумагой и промойте.

Налейте в банку насыщенный раствор поваренной соли, чтобы он полностью закрыл железный кружок. Дальше все пойдет без вашего участия. Сколько времени придется ждать, точно сказать нельзя — многое зависит от условий опыта. Во всяком случае, не час и не два, а несколько дней.

Итак, спустя несколько дней вы обнаружите в сосуде красивые красные кристаллы меди. Меняя размеры сосуда, размеры кристалликов медного купороса, толщину слоя поваренной соли и температуру опыта, м. ожно получить медные кристаллы разнообразной формы, порой на редкость необычной. А иногда вырастают дендриты — незавершенные в развитии кристаллы, похожие на ветви деревьев.

Если оставить медные кристаллы в том же сосуде, в которым они были получены, то долго они не сохранятся. Извлеките их, промойте водой, перенесите в пробирку с разбавленной серной кислотой и закройте пробкой. Вот теперь с кристаллами ничего не случится.

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ УЗОРЫ

Есть такие вещества, которые называют изоморфными: они кристаллизуются одинаково, несмотря на разный состав. Кристаллы одного такого вещества способны расти в насыщенном растворе другого: получается как бы «кристалл в кристалле». Если его разрезать, то на срезе окажется геометрический узор.

Самые доступные среди изоморфных веществ — квасцы, кристаллогидраты двойных сульфатов с общей формулой М’М»‘(SO4)2*12H2O. Воспользуемся тремя их разновидностями: темно-фиолетовыми хромокалиевыми KCr(SO4)2*12H2O, зелеными железоаммонийными NH4Fe(SO4)2*12H2O и бесцветными алюмокалиевыми КАl(SO4)2* 12Н2О.

В эмалированную или стеклянную посуду налейте воду, насыпьте каких-либо квасцов (одного вида) и нагревайте, размешивая стеклянной или деревянной палочкой, но не до кипения. Когда соль растворится, добавьте еще порцию тех же квасцов и снова нагревайте. Когда раствор станет насыщенным, быстро профильтруйте его через ватный тампон, помещенный в стеклянную или эмалированную воронку, ополоснутую крутым кипятком. Если воронка будет холодной, может начаться преждевременная кристаллизация и кристаллы закупорят воронку.

Банку с раствором квасцов прикройте и оставьте медленно остывать. На дно выпадут небольшие кристаллы. Если они будут срастаться, нагрейте раствор, добавив немного воды, и вновь охладите. Кристаллы извлеките, обсушите, переложите в пробирку и закройте ее пробкой. Так же приготовьте кристаллу других квасцов. Насыщенные растворы сохраняйте! Чтобы не перепутать их, наклейте на банки этикетки.

Отберите по одному кристаллику каждого вида, обвяжите тоненькими нитями (например, от капронового чулка) и опустите каждый в «свой» раствор. Банки держите подальше от сквозняков; накройте их бумажными крышками.

Примерно за неделю кристаллы заметно вырастут. Поменяйте их местами. Если с самого начала подвесить в каждой банке по два кристалла, то будет еще больше чередований цветов. Чтобы не запутаться, к концам нитей прикрепите ярлычки и записывайте в лабораторном журнале, сколько времени и в каком растворе находятся кристаллы.

Правильный кристалл квасцов имеет форму октаэдра, но нам и не нужен идеальный кристалл. Напротив, чем причудливее форма, тем интереснее рисунок на срезе. Одновременно вы можете выращивать кристаллические сростки — друзы, взяв для затравки уже сросшиеся кристаллики. Если они начали ветвиться во время роста, не исправляйте их; более того, вы сами можете управлять ростом граней. Смажьте грань вазелином, и она перестанет расти, смойте вазелин ацетоном — и грань будет расти снова.

Готовый кристалл разрежьте мокрой суровой ниткой; эта работа требует аккуратности и терпения. Поверхность среза подровняйте наждачной бумагой и отполируйте на влажной ватманской бумаге круговыми движениями.

В зависимости or того, как выбрана плоскость разреза, сколько в кристалле слоев и какова их толщина, получатся самые разнообразные геометрические узоры. У друзы вариантов еще больше. Разрезанный кристалл с узором тотчас покройте бесцветным лаком (годятся лак для ногтей), иначе он потускнеет и рассыплется в порошок.

Намного проще в изготовлении узор из кристаллов нашатыря — хлорида аммония. Правда, он бесцветен, зато рисунком так напоминает… Впрочем, не будем забегать вперед.

Всыпая хлорид аммония в теплую воду и тщательно перемешивая, приготовьте насыщенный раствор. Возьмите стеклянную пластинку или зеркальце, вымойте поверхность, кисточкой нанесите на нее приготовленный раствор. Пусть пластинка с раствором медленно охлаждается на воздухе, а чтобы на нее не попадала пыль, можно спрятать ее в шкаф. Спустя несколько часов вода испарится и на стекле образуется узор. Не надо даже всматриваться, чтобы понять, что же он напоминает: морозный узор на зимнем окне.

Такой опыт, конечно, лучше всего ставить под Новый год. Тепло искусственному морозному узору не грозит, но от воды его надо держать подальше…

КЛАД НА ТАРЕЛКЕ

Поиски кладов — занятие хлопотное и, как правило, бесполезное. И все-таки предлагаем вам попытать счастья, гарантируя полный успех. Мы будем искать настоящее золото, причем не в пещере и не в лесу, а на самой обычной тарелке с золотой каемочкой. И даже не на целой, а на разбитой.

Может быть, вас это удивит, но золотая каемка на посуде состоит действительно из золота. Правда. его там совсем мало, потому что слой очень тонкий. Возьмите стакан с золотым ободком и посмотрите на просвет: слой золота кажется прозрачным.

Золото на посуду наносят из раствора. И мы начнем этот опыт с приготовления раствора, содержащего золото.

Запаситесь черепками с позолотой — их вы получите бесплатно в посудном магазине. Для опытов вам достаточно будет примерно 10 см2 позолоты. Из нее мы приготовим около 5 мл разбавленной золотохлороводородной кислоты H[AuCl4]. Для этого растворите золото в смеси концентрированных кислот — 3 мл соляной и 1 мл азотной. Такую смесь принято называть царской водкой. Обращаться с концентрированными кислотами надо крайне осторожно! Работать в резиновых перчатках! Ставить опыт только в химическом кружке!

Перед растворением тщательно вымойте слой позолоты на битой посуде и удалите следы жира, протерев его ватным тампоном, смоченным в ацетоне. В стеклянную пипетку наберите несколько капель царской водки и растворите позолоту. Образовавшийся раствор золотохлороводородной кислоты аккуратно соберите в небольшую пробирку, прорытую дистиллированной водой. Все растворы в этом опыте также надо готовить на дистиллированной воде и в чистой посуде.

Чтобы полнее использовать золото, место, где оно растворилось, промойте небольшим количеством воды (лучше из пипетки) и соберите ее в ту же пробирку. Долейте воду до 5 мл. С этим раствором и будем работать. Мы приготовим очень красивый кассиевый пурпур — коллоидный раствор, содержащий мельчайшие частицы металлического золота. Он образуется, когда в сильно разбавленный раствор золотохлороводородной кислоты добавляют раствор хлорида олова SnCl2.

Растворите 0,5 г хлорида олова (II) в 50 мл воды. Несколько капель этого прозрачного раствора влейте в пробирку с бледно-желтым раствором золотохлороводородной кислоты. Сперва смесь станет желто-коричневой, а через несколько минут возникнет замечательная окраска кассиевого пурпура. При этом металлическое золото восстанавливается, а образующийся гидроксид олова Sn(OH)4 придает коллоидному раствору устойчивость. Цвет жидкости обычно интенсивно красный, но в зависимости от размера частиц у него могут быть различные оттенки — от розового до фиолетового.

Коллоидное золото можно осадить раствором поваренной соли. Частицы золота при этом объединяются и тонут. После промывки и высушивания из осадка можно вновь получить (с помощью царской водки) раствор золотохлороводородной кислоты.

Если в вашем распоряжении есть водородная горелка, то можно поставить очень эффектный опыт — так называемый опыт Донау. Пламя водорода, направленное на поверхность раствора золотохлороводородной кислоты, тоже восстанавливает золото, и в жидкости появляются цветные полосы. Можно поступить и так: нанести на чистую фарфоровую пластинку неразбавленный раствор кислоты, полученный при обработке золота царской водкой, высушить его, а затем поместить в пламя водородной горелки. На фарфоре образуется блестящая пленка золота.

Предупреждаем: водородной горелкой можно пользоваться только с разрешения и в присутствии преподавателя.

КАК НЕВИДИМОЕ СДЕЛАТЬ ВИДИМЫМ

В приключенческих романах, повествующих о давних временах, упоминаются порой письма, написанные бесцветными чернилами; хитрые враги не знают секрета тайнописи, и лишь благородные герои могут превратить невидимое в видимое…

А секрета особого тут и нет, он давно уже известен. Некоторые бесцветные вещества как бы проявляются под действием тепла, образуя окрашенные соединения. К таким веществам относятся, например, сок лимона или репчатого лука. Обмакните в них перо и сделайте надпись на листе бумаги — ничего и не видно. А теперь подержите листок бумаги над закрытой электроплиткой или над пламенем, но достаточно далеко, чтобы бумага не вспыхнула, и надпись станет отчетливо видна. Такой же опыт неплохо удается с молоком и разбавленным уксусом.

Еще несколько подобных опытов — но не с природными веществами, а с химическими реагентами. Насыпьте в маленькую пробирку совсем немного, на кончике ножа, хлорида аммония и добавьте около чайной ложки воды. В прозрачный раствор обмакните перо, напишите или нарисуйте что-нибудь на бумаге и дайте высохнуть. После сильного нагревания надпись или рисунок станут отчетливо видны.

Еще эффектнее этот опыт получается с сильно разбавленным раствором хлорида кобальта CoCl2. После высыхания линии на белом фоне почти незаметны, потому что кристаллогидрат CoCl2*6H2O (а именно он и образуется после высушивания) — бледно-розовый. Но когда листок подогревают, часть кристаллизационной воды отщепляется, и соль приобретает синий цвет. Если же вновь увлажнить ее, подышав на бумагу или, еще лучше, подержав ее над паром, то изображение исчезает, потому что опять образуется шестиводный кристаллогидрат.

Возможно, этот опыт вам уже встречался. Вот его вариант, гораздо менее известный. Мы вовсе не будем нагревать листок с надписью, а чтобы показать, как можно отнять часть воды без нагревания, поставим предварительный опыт.

Налейте в пробирку немного концентрированного раствора хлорида кобальта розового цвета. Добавьте равное количество ацетона и перемешайте: цвет раствора станет голубым! Разбавьте раствор водой, и он опять станет розовым.

Что же произошло? Ацетон хорошо растворяет воду и может отнимать ее у других веществ. Но если так, то написанное раствором хлорида кобальта можно проявить с помощью ацетона и без всякого нагревания? Именно так. Листок с надписью протрите ваткой, смоченной в ацетоне, и результат будет тем же, что и при нагревании.

Еще один опыт с письмом — без пера и без чернил. Расправьте листок фольги от шоколада и приколите его кнопками к дощечке. Одну из кнопок присоедините к отрицательному полюсу батарейки. К положительному полюсу присоедините гвоздь, очищенный наждачной шкуркой. Лист писчей бумаги смочите почти бесцветным раствором поваренной соли с добавкой красной кровяной соли К3[Fе(СN)6], положите поверх фольги и коснитесь гвоздем бумаги: на ней появится синий след. При электролизе ионы Fe2+, взаимодействуя с красной кровяной солью, дают турнбулеву синь Fе3[Fе(СN)6]2. Она проникает бумагу и закрепляется в ее волокнах. Если же вместо кровяной соли взять роданид калия KSCN или аммония NH4SCN, то получится не синий след, а красный, потому что образуется роданид железа красного цвета.

Такие опыты можно ставить не только с писчей бумагой, но и с лоскутами чистой белой ткани.

Превращение невидимого в видимое нередко оказывает огромную помощь тем, кто раскрывает преступления, Говорят, что на месте преступления всегда остаются следы, только не всегда они сразу заметны. И криминалисты ищут в первую очередь отпечатки пальцев, потому что у каждого человека они неповторимы — так же, как неповторимы человеческие лица. Конечно, у экспертов есть тонкие способы и подходящие вещества, позволяющие обнаружить и совсем слабые отпечатки; мы же воспользуемся довольно грубым, зато простым способом.

Приготовьте смесь из равных количеств талька и сажи (тальк продают в аптеках, а получение сажи описано в главе о пигментах). Подышите на палец, чтобы слегка увлажнить его, и прижмите к чистому листу бумаги. След на листе незаметен, но если присыпать его приготовленной смесью, осторожно распределить мягкой кистью (или просто покачать листок) и ссыпать излишек смеси, то на бумаге останется четкий отпечаток пальца. На бумаге были невидимые жировые следы, и на них адсорбировались частицы черной смеси.

Такой же опыт можно поставить с разными предметами и поверхностями — возьмите старую газету, картонную коробку, пластмассовый или стеклянный стакан. В последнем случае для лучшего прилипания надо взять побольше талька; после того, как излишек смеси удален со стекла, слегка подогрейте стакан — тогда отпечатки на прозрачной поверхности станут более отчетливыми.

ПРОСТЫЕ ФОКУСЫ

Опыты с превращением невидимого в видимое, да и некоторые другие проделанные вами опыты смело можно показывать как фокусы. Впрочем, фокусы производят гораздо более сильное впечатление, если показывать их подряд, один за другим, окружая происходящее тайной, заклинаниями и медленными пассами «волшебной палочки»…

Химической сути фокусов (а она не так уж сложна) раскрывать не будем. Отыщите ее самостоятельно, и тогда вы не просто развлечете зрителей, но и пополните свои знания.

Количественные соотношения надо соблюдать, но не очень строго. Чтобы вам каждый раз не взвешивать реактивы, сделайте из дерева мерные ложечки, вмещающие около 10 мг сухого реактива. Можно воспользоваться и пластмассовыми ложечками, которые прикладывают к некоторым порошкообразным лекарствам. Каждый раз мы будем пояснять, сколько таких мерок надо взять.

Сначала — фокус с превращением воды в молоко. В один стакан поместите пять мерных ложечек хлорида кальция, в другой — столько же карбоната натрия (стиральной соды) и залейте водой примерно до трети стакана. Растворы на вид ничем не будут отличаться от воды. Слейте их вместе — и жидкость станет белой, словно молоко. Не тратя времени зря (иначе осадок может опуститься на дно, и все увидят, что это никакое не молоко), добавьте к жидкости раствор соляной кислоты в избытке — и «молоко», мгновенно вскипев, снова станет «водой».

Теперь фокус чуть посложнее — вода в нем будет превращаться не только в молоко, но и в чернила. Для фокуса понадобятся три стакана. В один насыпьте две ложечки хлорида бария (или стронция), в другой — одну ложечку танина. Влейте в оба стакана по половине чайной ложки воды. Порошки на дне после размешивания растворятся, а воды так мало, что издалека стаканы будут казаться зрителям пустыми.

В третий стакан поместите пять ложечек двойного сульфата железа и аммония FeSO4(NH4)2SO4 (соль Мора). Этот стакан наполните водой почти доверху. Все готово к фокусу. На глазах у зрителей возьмите третий стакан, с солью Мора, и отлейте из него бесцветный раствор в «пустые» стаканы. В одном из них (там, где хлорид бария) вода мгновенно превратится в «молоко», во втором — в «чернила».

Следующий фокус ничуть не труднее. В пробирке с водой растворите две ложечки хлорида кобальта (его раствором вы делали невидимые надписи). Белый хлопчатобумажный платок намочите в этом растворе и высушите его. Платок станет голубым.

Фокус заключается в том, что вы показываете зрителям голубой платок, а потом комкаете его и сжимаете в руке. Если вы несколько раз сильно дунете на платок, то он увлажнится и вновь станет белым. Разожмите кулак и покажите белый платок зрителям. Его, кстати, можно использовать еще несколько раз: после просушки платок вновь поголубеет.

Для очередного фокуса с изменением цвета понадобятся три соли: красная кровяная, салицилат натрия и соль Мора. Всех этих веществ надо совсем немного, по одной ложечке; растворите их по отдельности в пробирках, до половины наполненных водой. Суть фокуса в том, что красная кровяная соль дает с солью Мора синее окрашивание, а салицилат натрия — красное. Если вы простым карандашом слегка наметите контур рисунка на бумаге, а затем смочи» те его с помощью кисточки двумя растворами: красной кровяной соли и салицилата натрия — и дадите просохнуть, то зрители не заметят даже, что на бумагу что-то нанесено. «Чистый» лист повесьте на стену и проведите по нему кистью, смоченной в растворе соли Мора (зрителям скажите, что это обычная вода). Рисунок мгновенно, прямо на глазах, окрасится в красные и синие цвета.

Еще один традиционный фокус — как без огня зажечь свечу. Наверное, вы знаете принцип — этого фокуса, но очень многое зависит от его оформления.

Советуем поступить так. Стеклянную пробирку облейте снаружи стеарином или парафином, чтобы она стала похожей на свечу. Закройте пробирку металлическим колпачком с отверстием, сквозь которое пройдет фитиль. В пробирку налейте немного спирта, чтобы он пропитал фитиль. После этого колпачок тоже залейте стеарином или парафином, чтобы наружу выглядывал только фитиль. «Свеча» готова.

Волшебной палочкой вам будет служить обычная стеклянная палочка, на конец которой вы наберете совсем немного кашицы из перманганата калия и серной кислоты. Предупреждение: смесь готовить в очень малом количестве, необходимом только для одного опыта! Не трогать смесь руками!

Как обставить этот опыт, вы и сами, наверное, сообразите (не забудьте про пассы и заклинания). А затем коснитесь палочкой фитиля — и на конце его сразу вспыхнет пламя.

Опыты-фокусы с изменением цвета выглядят очень своеобразно, когда пользуются не просто водными, а загущенными растворами. Загустителем может быть силикат натрия, водный раствор которого называют жидким стеклом. Вполне подойдет для фокуса и разбавленный водой вдвое конторский силикатный клей.

Налейте в стакан немного раствора хлорида кальция и добавьте одну-две капли фенолфталеина. В другой стакан введите раствор силиката натрия. Как только вы выльете в него первый раствор и взболтаете смесь, она, само собой разумеется, станет красной, и что еще более любопытно, густой, будто фруктовое желе.

Вместо хлорида кальция можно взять 3 мерки сульфата магния (аптечная горькая соль), залить водой, взболтать и добавить несколько капель раствора силиката натрия. После размешивания и на этот раз образуется «желе», только не ярко-красное, а бледно-розовое.

Окрашенные силикатные студни позволяют «рисовать» волшебные картинки. Сделайте набросок рисунка, и те места, которые должны быть окрашены, смочите бесцветным раствором фенолфталеина. Другой лист бумаги смочите раствором силиката натрия — тоже бесцветным. Прижмите листы один к другому и спустя несколько минут (тем временем вы можете показывать другой фокус) осторожно разделите листы. Картинка «сама собою» стала красной! Для посвященных нет ничего удивительного — ведь у растворов силиката натрия щелочная реакция…

И последний фокус, тоже обещанный ранее, — с превращением «воды» в «кровь». Приготовьте непрозрачный сосуд, например, оклеив стеклянную банку цветной бумагой; для большей таинственности нарисуйте на бумаге алхимические символы. В банку налейте воду.

Приготовьте несколько чистых стаканов. Вообще-то достаточно трех, но для того, чтобы создать у зрителей впечатление, будто превращения очень сложны, возьмите пять или шесть стаканов. В один стакан насыпьте четыре ложечки гидросульфата калия или капните несколько капель уксусной кислоты и пометьте для себя (но так, чтобы не было заметно зрителям) этот стакан, чтобы его можно было сразу отличить от остальных. В другой стакан насыпьте ложечку кальцинированной соды, в третий — несколько капель раствора фенолфталеина. Сухие реактивы залейте чалым количеством воды и размешайте до растворения. Теперь можно показывать фокус.

Прежде всего убедите зрителей, будто в банке простая вода; а поскольку так оно и есть, то можно в доказательство отпить из банки несколько глотков. А затем все стаканы наполните водой из банки. Не произойдет ровным счетом ничего. Перелейте всю воду обратно в банку из всех стаканов, кроме одного, с гидросульфатом натрия (или с кислотой). Жидкость в банке станет краской, словно кровь, и зрители убедятся в этом, как только вы выльете ее обратно в стаканы.

Вновь слейте содержимое стаканов в банку — на этот раз из всех без исключения стаканов. Жидкость обесцветится, «кровь» превратится в «воду», которую вы опять разольете по стаканам. Однако пить ее уже не надо.

Опыт нехитрый, но достаточно эффектный, если, разумеется, не забыть про заклинания…

ХИМИЧЕСКИЕ ЧАСЫ

В опытах, которые так похожи на фокусы, бесцветные растворы окрашивались то в один, то в другой цвет, и происходило это сразу же, как по мановению волшебной палочки. И действительно, химические реакции идут очень быстро и, как правило, начинаются сразу же после смешения реагентов. Однако из этого правила есть исключения. Реакционная смесь может оставаться какое-то время бесцветной, а затем мгновенно окраситься. Хотите — через пять секунд, хотите — через десять; вы сами можете поставить «химические часы» на требуемое время.

Приготовьте два раствора. Состав первого: 3,9 г йодата калия KJO3 на литр воды. Состав второго: 1 г сульфита натрия Na2SO3, 0,94 г концентрированной серной кислоты (осторожно!) и немного, несколько миллилитров крахмального клейстера — тоже на литр воды. Оба раствора бесцветны и прозрачны.

Отмерьте по 100 мл обоих растворов и быстро, лучше при перемешивании, прилейте второй к первому. Опыт удобнее ставить вдвоем — пусть ваш товарищ сразу же начнет отсчет времени по секундомеру или по часам с секундной стрелкой. Через шесть-восемь секунд (точное время зависит от температуры) жидкость мгновенно окрасится в темно-синий, почти черный цвет.

Теперь отмерьте вновь 100 мл второго раствора, а 50 мл первого разбавьте водой ровно вдвое. С секундомером в руках вы убедитесь, что время, прошедшее с момента сливания растворов до их окрашивания, тоже увеличится в два раза.

Наконец, смешайте 100 мл второго раствора с 25 мл первого, разбавленного водой вчетверо, т. е. до тех же 100 мл. «Химические часы» будут работать в четыре раза дольше, чем в первом опыте.

Этот опыт демонстрирует один из фундаментальных химических законов — закон действия масс, согласно которому скорость реакции пропорциональна концентрациям реагирующих веществ. Но вот в чем вопрос: почему растворы окрашиваются мгновенно после паузы, а не равномерно и постепенно, как этого следует ожидать?

Серная кислота в растворе вытесняет йодат- и сульфит-ионы из их солей. При этом в растворе образуется йодоводородная кислота HI, но живет она недолго и тут же вступает во взаимодействие с йодноватой кислотой HJO3. В результате выделяется свободный йод, он-то и дает цветную реакцию с крахмалом.

Если бы все шло именно так, то раствор и темнел бы постепенно, по мере выделения иода. Однако параллельно идет еще один процесс: сернистая кислота Н2SO3 реагирует со свободным иодом и вновь образуется иодоводородная кислота. Эта реакция идет быстрее предыдущей, и йод, не успев окрасить крахмал, снова восстанавливается до JO3-.

Выходит, что окраска не должна появиться вовсе? Обратите внимание: в ходе реакции сернистая кислота непрерывно расходуется, и как только вся она превратится в серную, иоду ничто уже не будет мешать реагировать с крахмалом. И тогда раствор мгновенно окрасится по всему объему.

Разбавляя раствор вдвое и вчетверо, вы уменьшали концентрацию иодата калия, и скорость реакции уменьшалась пропорционально.

Объяснение, кажется, заняло больше времени, чем сам опыт с часами…

РАДУГА БЕЗ СОЛНЦА

В химических исследованиях очень часто используют оптические способы. Явление, которое вы сейчас будете наблюдать, применяют для того, чтобы определить температуру плавления вещества.

Подготовьте около пятнадцати одинаковых пластинок из тонкого стекла (годятся, например, старые фотопластинки). Горячей водой смойте с них эмульсию и нарежьте на квадратики размером примерно 5 х 5 см. Десять таких квадратиков положите один на другой и с торцов обмотайте изоляционной лентой, чтобы стопка не рассыпалась. На одну из оставшихся пластинок насыпьте немного тиосульфата натрия (гипосульфита) и аккуратно подогрейте, чтобы кристаллы расплавились. Другую свободную пластинку нагрейте и сразу накройте ею расплав. Между пластинками образуется тонкий прозрачный слой расплавленной соли. Если он окажется мутным, добавьте немного, буквально одну-две капли воды. При остывании расплава на воздухе гипосульфит начнет кристаллизоваться; это само по себе любопытно наблюдать через увеличительное стекло.

Положите на стол лист черной бумаги, а поверх него — чистое тонкое стекло. Включите яркую лампу и сядьте у стола так, чтобы сквозь стопку, которую вы будете держать, было видно отражение лампы в тонком стекле, лежащем на столе. Меняя наклон стопки, наклоняясь ближе к столу, либо отдаляясь от него, найдите такое положение, при котором отраже ние лампы померкнет. На стопку лучше смотреть под острым углом. Если вам мешает прямой свет от лампы, прикройте стопку экраном или ладонью, но так, чтобы видеть свет, отраженный от стола.

Свободной рукой возьмите пластинки с гипосульфитом и поместите их между стопкой и столом так, чтобы они оказались на пути света. Слегка поворачивайте и наклоняйте их — и вы увидите очень красивую радугу.

Объяснение опыта завело бы нас в мир уже нс химических, а физических явлений. Расскажем только, как с помощью таких стопок — их называют поляризационными — измеряют температуру плавления. Радуга, которую вы наблюдали, появляется только в кристаллах. Если же постепенно нагревать твердое вещество, то в тот самый момент, когда вещество перейдет в жидкое состояние, радуга исчезнет.

СВЕТЯЩИЕСЯ РАСТВОРЫ

Во время некоторых химических реакций часть энергии выделяется в виде света. Такой процесс называют хемилюминесценцией. Иногда хемилюминесценция происходит в живых организмах: самый наглядный пример — всем известные светляки. Слабое свечение появляется и при окислении некоторых органических соединений. Вы можете наблюдать его в опыте с окислением гидрохинона. Заключительную стадию этого опыта надо проводить в темноте, чтобы свечение было лучше заметно.

Растворите 1 г гидрохинона и 5 г карбоната калия (поташа) в 40 мл аптечного формалина — водного раствора формальдегида. Перелейте реакционную смесь в большую колбу или в бутылку емкостью не менее литра.

В небольшом сосуде приготовьте 15 мл концентрированного раствора пероксида (перекиси) водорода. Можно воспользоваться таблетками гидроперита — соединения пероксида водорода с мочевиной (второй компонент опыту не помешает). Поставьте оба сосуда в темной комнате так, чтобы они были под рукой. Как только глаза привыкнут к темноте, добавьте раствор пероксида в большой сосуд. Тотчас смесь начнет вспениваться (из-за этого мы и просим вас взять сосуд побольше) и появится отчетливое оранжевое свечение.

Химическая энергия, выделяющаяся при окислении гидрохинона пероксидом в щелочной среде, почти полностью переходит в световую, а не в тепловую, как обычно. Тем не менее тепло в реакции тоже выделяется, поэтому формальдегид немного испаряется. А так как он неприятно пахнет, то, во-первых, не наклоняйтесь над сосудом и, во-вторых, сразу после опыта проветрите помещение.

Свечение может появиться не только при окислении. Иногда оно возникает при кристаллизации. Явление это давно известно; вы можете наблюдать его.

Самый простой объект наблюдения — поваренная соль. Растворите ее в воде, причем соли возьмите столько, чтобы на дне стакана оставались нерастворившиеся кристаллы. Полученный насыщенный раствор перелейте в другой стакан и по каплям, с помощью пипетки, осторожно добавляйте к этому раствору концентрированную соляную кислоту. Соль начнет кристаллизоваться и при этом возникнет свечение — в растворе будут проскакивать маленькие искры. Чтобы заметить их, опыт также надо ставить в темноте.

Подобным образом ведут себя при кристаллизации и некоторые другие соли — хлорид калия, хлорат бария. Во всех случаях искры появляются лишь при добавлении соляной (хлороводородной) кислоты. Но, пожалуй, наиболее эффектен опыт со смесью сульфатов калия и натрия. Смешайте 200 г калиевой и 80 г натриевой соли и небольшими порциями добавляйте к ним горячую воду. Когда все кристаллы растворятся, оставьте раствор для охлаждения. Помещение, в котором вы ставите опыт, должно быть затемнено. Первые, совсем слабые искры появятся уже при 60 °C. Потом их будет становиться все больше и больше. Когда кристаллов выпадет много, вы увидите целый сноп искр, но этого приходится ждать долго — иной раз целый час. Если приложить ухо к стенке сосуда, можно услышать нечто вроде грома. Свечение в этом случае вызвано, вероятно, образованием двойной соли 2K2SO4*Na2SO4*10H2O.

Раствор с кристаллами не выливайте — опыт можно повторить и после того, как свечение прекратится. Проведите стеклянной палочкой по кристаллам, которые находятся под жидкостью, или просто встряхните несколько раз сосуд с кристаллами — искры появятся вновь.

Вот еще опыт со свечением при кристаллизации (это явление называют кристаллолюминесценцией), Для него придется приготовить бромат бария Ва(ВrO3)2 из более доступных веществ — бромата калия КВrО3 и хлорида бария ВаСl2. Так как растворимость первого из них невелика, придется брать разбавленные растворы, примерно 3 %-ной концентрации. Если смесь реагентов охлаждать, то в осадок выпадет искомая соль: в холодной воде бромат бария почти не растворяется.

Отфильтруйте, промойте холодной водой и высушите бромат бария, затем отвесьте 2 г, растворите в 50 мл кипятка и вновь профильтруйте раствор. Стакан с раствором поставьте охлаждаться, но не при комнатной температуре, а при несколько более высокой — 40–45 °C (лучше всего — в сушильном шкафу). При этой температуре в растворе будут появляться голубые искры и раздаваться хлопки — опять микрогроза в химическом стакане…

СВЕЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Раствор бромата бария, приготовленный в предыдущем опыте, охладите до комнатной температуры; в осадок должны выпасть белые кристаллы соли. Когда их соберется достаточно, разотрите их стеклянной палочкой. Может быть, и не с первого раза (требуется навык), но при растирании появятся вспышки света.

По какой же причине — ведь химические процессы уже не идут, и кристаллизация тоже закончилась?

Действительно, причина тут иная — трение. И явление это — триболюминесценция (по-гречески трибос — трение). Есть вещества, которые очень чувствительны к трению и начинают светиться в темноте не только при растирании, но даже при встряхивании. Правда, эти вещества — не из самых распространенных, но может быть, они есть в школьном кабинете химии или в химическом кружке. Вот два из них: сульфид цинка ZnS с добавкой 0,02 % сульфида марганца MnS; сульфид кадмия CdS. Однако среди веществ, испускающих свет при трении, есть и на удивление обыденные. Например, сахароза.

В большую фарфоровую ступку насыпьте на дно немного рафинированного (т. е. очищенного) сахарного песка. Войдите в темное помещение и пробудьте в нем несколько минут. Когда глаза привыкнут к темноте, сначала медленно, потом постепенно убыстряя темп, растирайте круговыми движениями сахарный песок фарфоровым пестиком. Вскоре появятся голубоватые искры, которые сольются в светящееся кольцо. Если не убыстрять темп растирания, то искры будут вспыхивать под пестиком тут и там.

Упрощенный вариант опыта: крепко зажмите в руке кусок сахара-рафинада и чиркните им несколько раз по шероховатой поверхности — фаянсовой, керамической. Проделайте это, как и прежде, в темноте. Если глаза к ней привыкли, вы увидите светящиеся полосы, которые гаснут, едва вспыхнув.

Излучение при триболюминесценцин объясняется электрическими разрядами, возникающими при разрушении кристаллов. Вот почему оно прекращается, когда кристаллы сахара в ступке уже перетерты. Сахарная пудра от трения не светится.

ФАНТАСТИЧЕСКИЙ БУКЕТ

Сейчас займемся приготовлением цветов фантастической окраски. Мы воспользуемся свойством некоторых природных красителей изменять свой цвет под действием среды — тем самым свойством, благодаря которому нам удавалось превращать растения в самодельные индикаторы.

У английского писателя Редьярда Киплинга есть стихотворение «Синие розы» — о девушке, которая отвергла букет красных роз, и о юноше, который отправился на поиски синих, но так и не нашел их:

«Зря изъездил я весь свет —

Синих роз под солнцем нет».

Точно так же, как нет на свете ни зеленых пионов, ни желтых ландышей, ни малиновых нарциссов. И все же их можно видеть своими глазами…

В колбе или стакане смешайте 50 мл медицинского эфира с таким же количеством концентрированного раствора аммиака — это и есть реактив для изготовления фантастического букета. Пожалуйста, помните о том, что пары эфира легко воспламеняются, а значит, поблизости не должно быть огня. Кроме того, у обеих жидкостей резкий запах, поэтому опыт надо проводить в вытяжном шкафу или, в крайнем случае, на открытом воздухе.

Цветок, окраску которого вы собираетесь изменить, поместите над сосудом со смесью жидкостей. Некоторое время спустя (точное время придется определить на практике для каждого вида цветов) окраска изменится. Обе жидкости, которыми вы пользуетесь, летучи. Пары эфира экстрагируют Красители цветка из растительных клеток, а пары аммиака создают в лепестках щелочную среду. От этого красители и меняют окраску, подобно лабораторным индикаторам.

Обработав таким способом несколько разных цветков, вы получите невероятные букеты. Если вы собираетесь удивить необычными цветами своих знакомых, то учтите, что букет следует готовить незадолго до демонстрации, потому что обработанные смесью аммиака и эфира цветы быстро увядают.

Казалось бы, в кислой среде, под действием паров какой-либо кислоты, окраска цветов должна восстановиться. К сожалению, это не так: в цветках идут и необратимые процессы, поэтому восстановить прежний цвет удается далеко не всегда.

ПИЩЕВЫЕ ДОБАВКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Целью изучения дисциплины является подготовка студентов к выполнению обязанностей специалиста в следующих видах профессиональной деятельности: организационно-управленческой; производственнотехнологической;

Подробнее

Functional Chemicals Cellulosic Specialties

Functional Chemicals Cellulosic Specialties Akucell Cellulosegum в различных фруктовых наполнителях Version 1 Общие знания (информация) Тенденции рынка уменьшено содержание сахара (диета) Сахар отвечает

Подробнее

Анкета. Ваш пол и возраст. Анкета

Анкета 1. Знаете ли вы о пищевых добавках в продуктах питания? 2. Интересует ли вас данная проблема? 3. Встречали ли вы публикации об этом в газетах и журналах? 4. Обращаете ли вы внимание на маркировку

Подробнее

15. ДИСАХАРИДЫ И ПОЛИСАХАРИДЫ

139 15. ДИСАХАРИДЫ И ПОЛИСАХАРИДЫ 15.1. ГОМОЛОГИЧЕСКИЙ РЯД. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. НОМЕНКЛАТУРА И ИЗОМЕРИЯ. СТРОЕНИЕ. 1. ОШИБКА В ОПИСАНИИ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ ДИСАХАРИДОВ 1) Дисахариды углеводы, молекулы

Подробнее

ПИЩЕВЫЕ ДОБАВКИ. Бакалавр. 4 года. Очная

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СОГЛАСОВАНО Заведующий кафедрой /Симакова И.В./ «30» августа 2013г. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального

Подробнее

НОМЕНКЛАТУРА ПОЛИСАХАРИДОВ

ПОЛИСАХАРИДЫ Соединение молекул моносахаридов приводит к образованию дисахаридов, трисахаридов, тетрасахаридов и т.д. Полисахариды с числом мономерных звеньев углеводов до 8 называют олигосахаридами, а

Подробнее

УДК :

УДК 544.022.822: 637.33 П.В. Гурский Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко, г. Харьков, Украина Н.Ф. Перцевой. Л.З. Шильман, Ф.В. Перцевой Сумской аграрный

Подробнее

НАШ ПРОДУКТ СИРОП «СЛАДОК»

СИРОП «СЛАДОК» НАШ ПРОДУКТ СИРОП «СЛАДОК» Сироп «Сладок» представляет собой сгущенный и очищенный сок сахаросодержащих растений темного коньячного цвета с выраженным сладкокисло-горьковатым, яблочно- сливовым

Подробнее

Полисахариды. Крахмал и целлюлоза

Полисахариды. Крахмал и целлюлоза Углеводы Моносахариды Дисахариды Полисахариды Триозы Тетрозы Пентозы Рибоза С 5 Н 10 О 5 Дезоксирибоза С 5 Н 10 О 4 Гексозы С 6 Н 12 О 6 Глюкоза Фруктоза С 12 Н 22 О 11

Подробнее

ПИЩЕВЫЕ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ДОБАВКИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ ИНСТИТУТ ХОЛОДА И БИОТЕХНОЛОГИЙ Е.С. Сергачёва

Подробнее

Растительные белковые продукты

Растительные белковые продукты УПАКОВКА ЭТИКЕТКА ИНГРЕДИЕНТЫ Компания «Атлантис-Пак» делает все, чтобы следовать выбранной миссии: обеспечить предприятия российской пищевой промышленности новыми решениями,

Подробнее

КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ

КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ Углеводы Углеводы — обширный класс органических соединений. В клетках живых организмов углеводы являются источниками и аккумуляторами энергии, в растениях (на их долю приходится

Подробнее

Performance additives Cellulosic Specialties

Performance additives ellulosic Specialties Akucell и Akucell AF3265 в Эмульгированных мясных продуктах Version 2 Что такое Akucell карбоксиметилцеллюлоза? Очищенная карбоксиметилцеллюлоза(>99,5%) Водорастворимый

Подробнее

СТАНДАРТ НА СЫР ТИЛЬЗИТЕР CXS

СТАНДАРТ НА СЫР ТИЛЬЗИТЕР CXS 270-1968 Ранее CODEX STAN C-11-1968. Принят в 1968 году. Пересмотрен в 2007 году. С изменениями 2008, 2010, 2013 и 2018 годов. CXS 270-1968 2 1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Настоящий

Подробнее

Пояснительная записка

Пояснительная записка Здоровье основополагающая составляющая всей жизни и деятельности человека. Безопасность пищевых продуктов и продовольственного сырья относят к основным факторам, определяющим уровень

Подробнее

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД В ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА КОЛБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ. Никитина М.А., канд.техн.наук, доцент, А.Н. Захаров, канд.техн.наук, с.н.с.

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД В ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА КОЛБАСНЫХ ИЗДЕЛИЙ Никитина М.А., канд.техн.наук, доцент, А.Н. Захаров, канд.техн.наук, с.н.с. ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательской институт мясной промышленности

Подробнее

Кекс паровой с различными вкусами

Кекс паровой с различными вкусами ИДЕЯ ПРОДУКТА Продукт является национальным японским изделием. Отличается отсутствием корочки, так как выпекается в условиях высокой влажности. В результате кекс получается

Подробнее

7lauld. Jeotla l ptalduka

MATERIAtY Miedzynarodowej Naukowj-Praktycznej Konferencji 7lauld. Jeotla l ptalduka Poznan SLQwaS Nauki. Teoria i praktyka ПОД-СЕКЦИЯ U, Технологии продовольственных товаров Самойпенко И.П. аспирант кафедры

Подробнее

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ Растворы ОФС.1.4.1.0011.15 Вводится впервые Растворы жидкая лекарственная форма, получаемая растворением жидких, твердых или

Подробнее

Винникова, Л. Г Предисловие

Винникова, Л. Г. Технология мясных продуктов. Теоретические основы и практические рекомендации [Текст] : учебник / Винникова Людмила Григорьевна. — Киев : Освіта України, 2017. — 364 с. : табл., рис. —

Подробнее

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

26.06.17 ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ ИНТРАЦИСТЕРНАЛЬНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ПРЕПАРАТЫ ДЛЯ ВЕТЕРИНАРНОГО ПРИМЕНЕНИЯ INTRACISTERNAL PREPARATIONS FOR VETERINARY USE ОПРЕДЕЛЕНИЕ Интрацистернальные лекарственные препараты

Подробнее

Углеводы Углеводы Углеводы

Углеводы Углеводы Углеводы (сахариды) органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Углеводы весьма обширный класс органических соединений, среди них встречаются

Подробнее

Вопросы

Вопросы 2 3 4 5 сыров с низкой температурой второго нагревания (прессуемые с гладкой коркой и самопрессующиеся, созревающие при участии микрофлоры сырной слизи). 95. Особенности технологии твердых прессуемых

Подробнее

Calf Success: что вам нужно знать о электролитной терапии молодых телят

Молодые телята на 70–75 процентов состоят из воды по массе тела и должны получать достаточное количество жидкости, чтобы оставаться здоровыми и расти в полную силу. Обезвоживание и серьезные потери электролитов у телят могут быть вызваны несколькими причинами, включая недостаточное потребление воды и тепловой стресс. Тем не менее, основной причиной обезвоживания часто являются приступы диареи, чаще называемые поносом, которые могут привести к тому, что телята потеряют 5-12 процентов своего веса в виде воды.Smith et al ., (2012) сообщили, что, несмотря на прогресс в понимании патофизиологии неонатальной диареи, последние данные показывают, что более 60 процентов случаев гибели молочных телят в США являются результатом диареи. Когда у телят начинается диарея, крайне важно обратить вспять последствия обезвоживания, чтобы избежать метаболического ацидоза, слабости, резкой потери веса и/или падежа. Пероральная регидратация с помощью электролитной терапии является эффективным способом обратить вспять симптомы обезвоживания и является относительно простым процессом, если протоколы введены в действие и соблюдаются персоналом, занимающимся выращиванием телят.

Что такое электролиты?

Электролитные продукты обычно содержат комбинацию натрия, энергии, аминокислот и подщелачивающих агентов, предназначенных для того, чтобы телята снова встали на ноги. Электролитная терапия является общепринятой практикой лечения, используемой для восполнения жидкости и борьбы с метаболическими проблемами у обезвоженного теленка, включая ацидоз и потери электролитов, связанные с диареей.

Когда следует давать электролиты?

Обезвоживание: Как показано в таблице 1, у телят с 5-процентным обезвоживанием не будет клинических признаков обезвоживания, хотя у них будет диарея.Другими словами, чихающий теленок — это обезвоженный теленок. Количество электролитного продукта, необходимого обезвоженному теленку для регидратации, зависит от массы тела теленка и процента обезвоживания. Например, если 100-фунтовый теленок оценивается как обезвоженный на 8 процентов, он потеряет 100 x 0,08 = 8 фунтов воды / 2 = 4,0 литра жидкости. Чтобы заменить воду, потерянную из-за чистки, ей нужно восполнить эти 1,8 литра жидкости поверх обычного молока или заменителя молока. Если теленок опустился и не будет сосать грудь, рекомендуется как можно скорее обратиться к ветеринару по поводу внутривенного введения жидкостей для регидратации и устранения ацидоза.

Стрессовые события: Электролиты можно давать телятам, которые недавно подверглись или будут подвергаться стрессовому событию, например, до или после транспортировки. Обычной практикой для телят является получение дозы электролитов перед погрузкой в ​​грузовик для перевозки и, в зависимости от длительности перевозки, второй дозы сразу после прибытия в новое место назначения. Предоставление электролитов дает молодым телятам дополнительный импульс, необходимый им для борьбы с негативными побочными эффектами стресса, а также может помочь им избежать обезвоживания при длительных перегонах.

Время: Электролиты следует давать телятам через несколько часов после кормления молоком, и их нельзя никогда не смешивать с молоком или заменителем молока. Смешивание электролитного порошка с молочным рационом не дает теленку-чищущему теленку дополнительной воды, необходимой ему для регидратации, и может изменить пищеварение, изменив казеиновый сгусток в сычуге. В условиях теплового стресса электролиты следует давать через равные промежутки времени между кормлениями молоком. Например, если телят кормят утром и вечером, электролитное кормление следует предлагать в полдень.При необходимости второе электролитное кормление можно предложить через несколько часов после вечернего кормления молоком.

Должен ли я пропускать молочные кормления?

Чистящие телята теряют воду и питательные вещества быстрее, чем их нечищающие собратья, и им требуется жидкость и питательные вещества, обеспечиваемые их молочным кормлением. Очень немногие продукты с электролитами обеспечивают телят питательными веществами, необходимыми для поддержания функции иммунной системы, так как большинство электролитов обеспечивают только 15–25 процентов суточной потребности теленка в энергии.Решение о пропуске грудного вскармливания должно основываться на внедренной программе молочного вскармливания. Например, если теленок получает более 2,5 фунтов эквивалента сухого молока в день, у него, вероятно, достаточно питательных веществ, чтобы пережить пропущенный прием пищи. С другой стороны, теленок, получающий только 1,25 фунта сухого молока в день, не должен пропускать кормление молоком, хотя пропуск может быть необходим, если у теленка вздутие живота или он не хочет есть.

Не все электролиты одинаковы

При сравнении электролитов, доступных для покупки, важно знать не только , что вы ищете, но и , почему вы это ищете.Конечно, самым важным компонентом раствора для пероральной регидратации является сама вода, и любой хороший электролит будет содержать следующее:

Натрий: Обезвоженные телята выделяют натрий, и этот механизм может усиливаться в присутствии Salmonella и E. Coli . Вода и натрий тесно связаны, и вода следует за натрием; таким образом, абсорбция натрия в тонком кишечнике также способствует абсорбции воды. Натрий следует включать в пероральный раствор электролитов в концентрации 10–145 ммоль/л.

Источник энергии: Простой сахар, такой как декстроза (глюкоза), дает теленку быструю энергию, а также помогает всасыванию натрия через тонкий кишечник. Глюкоза не должна превышать 200 ммоль/л из-за ограничений осмолярности раствора.

Глицин: Это заменимая аминокислота, которая способствует усвоению глюкозы. Регидратация является ключевым фактором при рассмотрении обезвоженного теленка. Натрий, глюкоза и глицин связаны друг с другом и играют ключевую роль в механизме поглощения воды в тонком кишечнике.

Подщелачивающие агенты: Они добавляются для устранения любого метаболического ацидоза, который может возникнуть у теленка. Наиболее распространенными подщелачивающими агентами являются ацетат и бикарбонат, хотя некоторые продукты могут включать пропионат, цитрат или лактат. Использование бикарбоната находится под пристальным вниманием, так как некоторые считают, что он буферизует сычуг теленка, что может повлиять на казеиновый сгусток и, в свою очередь, изменить пищеварительные процессы теленка. Ацетат натрия может быть выгодным, так как он не регулирует pH сычуга и дает некоторую дополнительную энергию теленку, но он может быть в два-три раза дороже бикарбоната натрия и очень гигроскопичен в сухой форме.

Электролиты: Калий и хлорид также входят в состав продуктов для пероральной регидратации, чтобы поддерживать рН крови и способствовать другим метаболическим функциям.

Гелеобразующие вещества: К ним относятся шелуха подорожника, пектин, гуаровая камедь и другие камеди, которые загущают навоз в попытке уменьшить диарею и увеличить задержку жидкости. Включение гелеобразователей в раствор для пероральной регидратации не показало ни преимуществ, ни вреда, поэтому их включение обычно основывается на личных предпочтениях производителя.В то время как некоторые производители считают, что желирующие агенты уменьшают диарею и улучшают задержку жидкости, другие считают, что агенты затрудняют диагностику того, есть ли у теленка все еще диарея, и что замедление скорости прохождения затрудняет прохождение токсинов через желудочно-кишечный тракт.

Вместе с ветеринаром диагностируйте и лечите диарею. Электролиты помогают телятам встать на ноги, но не обязательно борются с патогенами, вызывающими диарею. Помните: чихающий теленок — это обезвоженный теленок, а пероральная регидратация — эффективный способ сохранить телят гидратированными и здоровыми.

Таблица 1. Клинические симптомы для оценки процента обезвоживания у телят.
(адаптировано из JM Naylor, Can. Vet. J. 1989).

Процент обезвоживания

Симптомы

5 -6 %

Диарея; отсутствие клинических признаков; сильный сосательный рефлекс

6 — 8 %

Молочная депрессия; натяжение кожи от 2 до 6 секунд; теленок все еще сосет грудь; запавшие глаза; слабый

8 — 10 %

Теленок подавлен, лежит; глаза сильно запавшие; сухие десны; натяжение кожи > 6 секунд

10 — 14 %

Теленок не встанет; прохладные конечности; кожа не будет сплющиваться в тенте; коматозный

> 14%

Смерть

 

Каталожные номера:

Хайнрихс, Дж.и С. Кехо. 2016. Электролиты для дойных телят. Расширение штата Пенсильвания.

Quigley, J. 2001. Электролиты для чистки телят. Calfnotes.com.

Лауэр, В. Калф Электролиты. Прогрессивный молочник. Июль 2018.

Naylor, J.M. 1989. Ретроспективное исследование взаимосвязи между клиническими признаками и тяжестью ацидоза у телят с диареей. Могу. Вет. Дж. 30:577-580.

Смит, Г. В., А. Ф. Ахмед и П. Д. Констебл. 2012. Влияние раствора электролита для перорального введения на рН просвета сычуга и скорость опорожнения молочных телят.Варенье. Вет. Мед. доц. 8:1075-1082.

 

 

Электролитная паста Кауфмана | Премиальная добавка для лошадей

Информация о продукте

Электролитная паста KAUFFMAN’S ® содержит дополнительный кальций (Ca), натрий (Na), хлорид (Cl), магний (Mg) и калий (K), а также микроэлементы железо, цинк, магний, медь, и кобальт в формуле, сбалансированной для лошадей. Он заменяет потерянные электролиты и поддерживает электролитный баланс у спортсменов-лошадей.

Электролитная паста

выпускается в одной 35-граммовой тубе, которую легко применять в сарае или в пути! Рекомендуется для лошадей, находящихся в состоянии стресса, при изменении окружающей среды, а также для тренирующихся лошадей или спортсменов.

Что такое электролиты и как они работают?

Электролиты — это минералы, которые легко связываются с солями, такими как хлорид натрия. При растворении в воде эти элементы распадаются на ионы, которые несут положительные или отрицательные заряды по всему телу лошади.

Положительными ионами являются натрий, кальций, калий и магний. Отрицательные ионы представлены бикарбонатом, хлоридом и фосфатом. Эти заряды важны для проведения электричества и поддержания большинства электрохимических процессов, поддерживающих жизнь лошади.

Электролиты также играют важную роль в перемещении жидкостей в клетки организма и из них. Эти элементы также помогают поддерживать баланс жидкости в организме и усвоение питательных веществ.

Почему электролиты важны для лошадей

Лошадь сильно потеет после напряженной тренировки или соревнований.С этим потом теряется много необходимых солей и минералов. Это может привести к снижению производительности, низкому уровню энергии и гидратации.

Высококачественная электролитная паста способствует восстановлению лошади и поддержанию ее уровня энергии. Гели и пасты удобнее всего использовать в периоды повышенной потливости.

На самом деле, электролиты, поставляемые в этих формах, легче доставляются в клетки лошади. Паста доставляется прямо в рот лошади через шприц.Вам не понадобится вода или пища для введения электролитной пасты для лошадей, и паста дает результаты быстрее, чем порошкообразные добавки.

Ответы на ваши вопросы

Соль, хлорид калия, вода, карбонат кальция, хлорид магния, декстроза, пропиленгликоль, глицин, натуральный и искусственный ароматизатор, ксантановая камедь, протеинат железа, гидроксилированный лецитин, сорбиновая кислота (консервант), сухие вещества кукурузного сиропа, протеинат цинка, протеинат марганца , Протеинат меди, Протеинат кобальта.

Только для перорального применения у лошадей. Чтобы обеспечить дополнительные электролиты и микроэлементы до и после соревнований, выдавите от половины до одной полной пробирки (17–35 грамм) перорально на язык лошади.

Гарантированный анализ

За фунт По 35 г
Сырой протеин, мин. 2,00% 700 мг
Глицин, мин. 2,00% 700 мг
Кальций, мин. 5,50% 1925 мг
Кальций, макс. 6,00% 2100 мг
Соль (NaCl), мин. 17,50% 6 125 мг
Соль (NaCl), макс. 18,50% 6 475 мг
Магний (Mg), мин. 1,80% 630 мг
Калий (K), мин. 9,25% 3 237 мг
Медь (Cu), мин. 50 частей на миллион 1,75 мг
Цинк, мин. 100 частей на миллион 3,5 мг
Железо (Fe), мин. 705 частей на миллион 24,675 мг
Марганец (Mn), мин. 66 частей на миллион 2,31 мг
Кобальт (Co), мин. 0,50 частей на миллион 0,0175 мг

 

In situ визуализация интеркаляции ионов лития и образования межфазной фазы твердого электролита на пастообразных электродах на основе TiO2 с помощью сканирующей электрохимической микроскопииCommun., 2013, 49, 9347—9349 9349

Несмотря на то, что эти эксперименты однозначно показали образование

SEI на электродах на основе пасты TiO

2

, потенциал начала образования SEI

определить не удалось. точность лучше, чем

разности потенциалов, последовательно применяемых к образцу.

Во втором типе эксперимента игла располагалась

на расстоянии около 7 мм от поверхности образца с использованием кривой z-аппроксимации

(см.4). Для улучшения временного разрешения

был проведен эксперимент, в котором x,y-положение зонда

SECM сохранялось постоянным после его приближения к заданному

рабочему расстоянию. Наконечник снова был поляризован до 3,5 В относительно Li/Li

+

для

окисления Fc, ограниченного диффузией. Затем на электроде-образце регистрировали циклическую вольтамперограмму

со скоростью развертки 0,1 мВ с

÷ 1

в диапазоне потенциалов от 3°С.от 0 до 0,5 В по сравнению с Li/Li

+

(рис. 4).

Ток образца, I

S

, показывает пик интеркаляции литий-иона при 1,65 В по сравнению с Li/Li

+

и процесс деинтеркаляции при 2,2 В по сравнению с

5

Li/Li

+

(рис. 4, черная линия). При потенциалах ниже 0,8 В относительно Li/Li

+

,

пик необратимого восстановления наблюдается только в первом цикле

, что свидетельствует о формировании СЭВ.Одновременно регистрировался обратный ток I

T

на острие (рис. 4, красная линия), который

изначально увеличен за счет увеличения движущей силы для Fc

+

восстановление на образце при более катодных потенциалах. Во время

интеркаляции ионов Li в TiO

2

ток обратной связи на игле

быстро возрастает, что свидетельствует об увеличении скорости реакции

для Fc

+

и, следовательно, на образце при

+

повышенная проводимость

частиц TiO

2

при интеркаляции ионами лития.Ток обратной связи

продолжает увеличиваться до тех пор, пока потенциал образца не станет равным 1,3 В относительно Li/Li

+

.

Начиная с потенциалов образца до 1,3 В по сравнению с Li/Li

+

ток обратной связи

непрерывно уменьшается, указывая на то, что ион

SEI уже при значительно более высоких потенциалах, чем видно на вольтамперограмме образца

(около 0,7 В против Li/Li

+

).

При изменении направления сканирования при вершинном потенциале

0.5 В по сравнению с Li/Li

+

ток зонда продолжает уменьшаться до тех пор, пока потенциал образца

не составит 1,9 В по сравнению с Li/Li

+

, при котором достигается деинтеркаляция

Li- начинаются ионы. Это непрерывное уменьшение тока наконечника указывает на рост SEI до тех пор, пока деинтеркаляция литий-иона не уменьшит скорость реакции для Fc

+

, что приведет к падению нормализованного

относительного тока наконечника с 1.2 до 0,9. Окончательный нормализованный ток обратной связи

на концевом электроде на 0,46 ниже нормированного тока обратной связи

в начале измерения. В конце

циклической вольтамперограммы на пастовом электроде по току на

острие наблюдается отрицательная обратная связь, характерная для изоляционного и/или инертного материала

.

Эксперименты в режиме обратной связи SECM демонстрируют формирование SEI

, начиная с потенциалов до 1.3 В по сравнению с Li/Li

+

на анатазе TiO

2

наночастиц. Это контрастирует с более ранними отчетами с использованием рамановской спектроскопии

, в которых предполагалось, что образование SEI начинается выше

потенциалов 2,0 В по сравнению с Li/Li

+

.

19

На углеродсодержащих материалах, таких как графит

, SEI образуется при потенциалах около 0,8 В по сравнению с Li/Li

+

, а первые продукты разложения электролита наблюдаются при

около 1 .0 В относительно Li/Li

+

с помощью DEMS.

8

Определить окно термодинамической стабильности для используемых органических электролитов

непросто; однако оно должно быть близко к значению, полученному для графита

из-за химического сродства между углеродсодержащими материалами и

органическими электролитами. С этой точки зрения более реалистичным представляется значение, полученное в данной работе для образования ИЭВ на анатазе TiO

2

.

Режим обратной связи SECM был успешно применен для

обнаружения образования SEI на месте на пористых электродах, используемых в литий-ионных батареях

. Эксперименты в режиме обратной связи SECM демонстрируют образование SEI

, начиная с потенциалов до 1,3 В, по сравнению с Li/Li

+

на наночастицах анатаза

TiO

2

. Кроме того, при интеркаляции Li

+

в TiO

2

наблюдалось значительное увеличение тока обратной связи

.Будущая работа

будет сосредоточена на формировании SEI и его стабильности на углеродсодержащих материалах

, принимая во внимание, что такие процессы имеют первостепенное значение для срока службы литий-ионных аккумуляторов.

Благодарность за финансовую поддержку со стороны DFG (SPP1473/WeNDeLIB,

Schu929/11-1). FLM благодарит

за финансовую поддержку BMBF в рамках проекта

«Energiespeicher» (03EK3005).

Примечания и ссылки

1 P.Verma, P.Maireand P.Nova

´

k, Электрохим. Acta, 2010, 55, 6332–6341.

2 Д. Аурбах, Дж. Электрохим. Soc., 1996, 143, 3809.

3 Д. Аурбах, К. Гамольский, Б. Марковский, Ю. Гофер, М. Шмидт и

У. Хайдер, Электрохим. Acta, 2002, 47, 1423–1439.

4 L. J. Hardwick, H. Buqa, M. Holzapfel, W. Scheifele, F. Krumeich

и P. Nova

´

k, Electrochim.Acta, 2007, 52, 4884–4891.

5 М. Долль

´

, С. Гружон, Б. Бодуан, Л. Дюпон и Ж.-М. Тараскон,

Дж. Источники питания, 2001, 97–98, 104–106.

6 J.-C.Panitz, F.Johoand P.Novak, Appl. Spectrosc., 1999, 53, 1188–1199.

7 Ф. Конг, Р. Костецкий, Г. Надо, X. Сонг, К. Загиб, К. Киношита

и Ф. МакЛарнон, Дж. Источники питания, 2001, 97–98, 58–66.

8 F. La Mantia и P. Nova

´

k, Electrochem.Solid-State Letter., 2008,

11, A84.

9 F. La Mantia, F. Rosciano, N. Tran и P. Nova

´

k, J. Electrochem. Соц.,

2009, 156, A823.

10 ME Spahr, T. Palladino, H. Wilhelm, A. Wu

¨

rsig, D. Goers, H. Buqa,

M. Holzapfel and P. Nova

´

, J.9002k Электрохим. Соц., 2004, 151, А1383.

11 А.Дж.Бард, Ф.Р.Ф.Фан, Дж.Квак и О.Лев, Анал. хим., 1989, 61, 132–138.

12 М.Wagemaker, WJH Borghols and F.M. Mulder, J. Am. хим.

Соц., 2007, 129, 4323–4327.

13 Ю. Рен, Л. Дж. Хардвик и П. Г. Брюс, Ангью. хим., межд. ред., 2010,

49, 2570–2574.

14 X. Xin, X. Zhou, J. Wu, X. Yao and Z. Liu, ACS Nano, 2012, 11035.

15 H.B.Wu, X.W.D.Lou and H.H.Hng, Chem.–Eur. Ж., 2012, 18,

2094–2099.

16 Р. Доминко, Л. Дюпон, М. Габерс

ˇ

c

ˇ

эк, Дж.Ямник и Э. Бодрин,

J. Power Sources, 2007,

174, 1172–1176.

17 M. Wachtler, M. Wohlfahrt-Mehrens, S. Stro

¨

bele, J.-C. Panitz и

U. Wietelmann, J. Appl. Электрохим., 2006, 36, 1199–1206.

18 R. Dedryve

`

re, D. Foix, S. Franger, S. Patoux, L. Daniel и

D. Gonbeau, J. Phys. хим. С, 2010, 114, 10999–11008.

19 С. Брутти, В. Джентили, Х. Менар, Б. Скросати и П.Г. Брюс,

Adv. Энергетические мат., 2012, 2, 322–327.

Рис. 4 Циклическая вольтамперограмма на анатазном TiO

2

электрод-паста при сканировании

скорость 0,1 мВ с

1

(черная линия) и соответствующий ток обратной связи на зонде 5 2СМ 9000 Красная линия). Электролит – ПК : ЭХ (1 : 1 по массе), содержащий 0,5 М LiClO

4

и 10 мМ ферроцена.

Связь с ChemComm

Причины, симптомы, диагностика и лечение

Обзор

Кистозный фиброз (МВ) вызывает накопление липкой, густой слизи в ваших органах.

Что такое кистозный фиброз (МВ)?

Муковисцидоз (муковисцидоз) — это генетическое (наследственное) заболевание, вызывающее накопление липкой густой слизи в органах, включая легкие и поджелудочную железу.

Если у вас нет муковисцидоза, слизь, выстилающая органы и полости тела, такие как легкие и нос, скользкая и водянистая. Если у вас муковисцидоз, густая слизь закупоривает дыхательные пути и затрудняет дыхание.

Слизь также блокирует протоки поджелудочной железы, вызывая проблемы с перевариванием пищи.Младенцы и дети с муковисцидозом могут быть не в состоянии усваивать достаточное количество питательных веществ из пищи. CF, который является хроническим (длительным) и прогрессирующим (ухудшающимся со временем), также поражает вашу печень, носовые пазухи, кишечник и половые органы.

Существует также такая форма заболевания, как «атипичный муковисцидоз». Он отличается от классического муковисцидоза тем, что является более легкой формой и может поражать только один орган. Другая «нетипичная» вещь в этом заключается в том, что это обычно проявляется намного позже в жизни. «Типичный» или классический CF обычно проявляется в первые несколько лет жизни ребенка.

Насколько распространен кистозный фиброз (МВ)?

Среди белых детей в США частота случаев муковисцидоза составляет 1 случай на 2500–3500 новорожденных. CF поражает примерно 1 из 17 000 чернокожих новорожденных и 1 из 31 000 новорожденных азиатского происхождения.

Симптомы и причины

Что вызывает кистозный фиброз (МВ)?

Кистозный фиброз является генетическим. Люди с муковисцидозом наследуют два дефектных гена, по одному от каждого родителя. CF считается рецессивным, потому что вам нужно иметь два варианта гена, чтобы иметь само заболевание.(Старое название варианта гена — мутация гена.)

У ваших родителей не обязательно должен быть кистозный фиброз, чтобы у вас был муковисцидоз. На самом деле, многие семьи не имеют семейной истории муковисцидоза. Если в вашей семье не было случаев муковисцидоза, человека с вариантом гена называют носителем. Примерно 1 из 31 человека в США является носителем без симптомов муковисцидоза.

Каковы симптомы муковисцидоза (МВ)?

Классический кистозный фиброз

Дети с классическим МВ имеют следующие симптомы:

  • Задержка физического развития (неспособность набрать вес, несмотря на хороший аппетит и потребление достаточного количества калорий).
  • Жидкий или маслянистый стул.
  • Проблемы с дыханием.
  • Рецидивирующие хрипы.
  • Частые инфекции легких (рецидивирующая пневмония или бронхит).
  • Рецидивирующие инфекции носовых пазух.
  • Мучительный кашель.
  • Медленный рост.

Атипичный кистозный фиброз

Люди с атипичным муковисцидозом могут быть взрослыми к моменту постановки диагноза атипичного муковисцидоза. Респираторные признаки и симптомы могут включать:

Другие признаки и симптомы атипичного муковисцидоза могут включать:

Диагностика и тесты

Как диагностируется кистозный фиброз (МВ)?

В большинстве случаев МВ диагностируют в детстве.Врачи диагностируют муковисцидоз с помощью тщательной оценки и использования различных тестов. К ним относятся:

  • Скрининг новорожденных: Ваш лечащий врач берет несколько капель крови из пятки, обычно пока ваш новорожденный находится в больнице, и помещает капли на специальную карточку, называемую карточкой Гатри. Скрининг ищет список условий, включая МВ. Каждый штат США требует тестирования новорожденных при рождении и через несколько недель.
  • Потовая проба : Потовая проба измеряет количество хлоридов в поте тела, которое выше у людей с муковисцидозом.В ходе теста ваш лечащий врач наносит на вашу кожу химическое вещество под названием пилокарпин, а затем применяет небольшое количество электрической стимуляции, чтобы стимулировать выделение пота потовыми железами. Затем ваш врач собирает пот в пластиковую катушку, на кусок фильтровальной бумаги или марли. Люди любого возраста могут пройти тест пота. Это не больно и не использует иглу. Это наиболее убедительный тест на муковисцидоз.
  • Генетические тесты : Образцы крови проверяются на наличие генов, вызывающих муковисцидоз.
  • Рентген грудной клетки : Ваш лечащий врач назначит рентгенографию грудной клетки для поддержки или подтверждения муковисцидоза, но рентгенография грудной клетки — не единственный тест, необходимый для подтверждения диагноза. Другие тесты должны быть сделаны.
  • Рентген пазух : Как и при рентгенографии грудной клетки, рентген пазух может подтвердить муковисцидоз у людей с определенными симптомами. Другие формы тестирования используются наряду с рентгеном пазух.
  • Функциональные тесты легких : Наиболее распространенный тест функции легких использует устройство, называемое спирометром.Вы вдыхаете полностью, затем вдыхаете вдох в мундштук спирометра.
  • Посев мокроты : Ваш поставщик медицинских услуг берет образец вашей мокроты (слюны) и проверяет его на наличие бактерий. Некоторые бактерии, такие как Pseudomonas , чаще всего встречаются у людей с муковисцидозом.
  • Назальная разность потенциалов (NPD) : В этом тесте используется вольтметр и электроды, размещенные в двух местах в носу и в одном месте за пределами носа, для измерения электричества, генерируемого переносом ионов в растворе через ткань носа.В тесте используются три разных типа решений.
  • Измерение кишечного тока (ICM): Для этого теста вам потребуется биопсия ректальной ткани. Ткань заставляют выделять хлорид, который затем измеряют.

У людей с атипичным муковисцидозом потовая проба может быть нормальной с точки зрения уровня хлоридов. Некоторые люди с атипичным муковисцидозом могли родиться до того, как тестирование стало рутинным. Ваш врач может заказать тесты NPD и ICM, если диагноз вызывает сомнения.

Управление и лечение

Как лечится кистозный фиброз (МВ)?

Вероятно, у вас будет медицинская бригада, в которую входят специалист по муковисцидозу и многие другие лица, осуществляющие уход. Лекарства от кистозного фиброза не существует, но ваша команда поможет вам справиться с болезнью. Основное внимание при лечении уделяется поддержанию чистоты дыхательных путей. Ваш врач также пропишет лекарства, когда это необходимо.

Обеспечение чистоты дыхательных путей

Вы можете помочь очистить дыхательные пути, если у вас кистозный фиброз, несколькими способами:

  • Вы можете изучить особые способы кашля и дыхания.
  • Вы можете использовать устройства, которые помещаются в рот, или терапевтические жилеты, которые полагаются на вибрацию для разжижения слизи.
  • Вы можете научиться так называемой физиотерапии грудной клетки, также известной как постуральный дренаж и перкуссия для разжижения слизи. С помощью этого метода вы принимаете определенные положения, чтобы ваши легкие могли опорожняться. Другой человек хлопает вас по груди и/или по спине, чтобы разжижить слизь. Вы можете сочетать это с кашлем.
Лекарства от муковисцидоза

Ваш лечащий врач может прописать вам эти лекарства, которые не вылечат муковисцидоз, но помогут вам в определенных ситуациях.В том числе:

  • Антибиотики для лечения легочных инфекций или их предотвращения.
  • Ингаляционные бронходилататоры для облегчения дыхания за счет открытия и расслабления дыхательных путей.
  • Лекарство для ингаляций, разжижающее слизь и от которого легче избавиться.
  • Противовоспалительные препараты, включая стероиды и нестероидные противовоспалительные средства.
  • Лекарства для лечения причины муковисцидоза у людей с определенными вариантами генов.
  • Ферменты поджелудочной железы для облегчения пищеварения.
  • Размягчители стула при запорах.
Операции по поводу муковисцидоза

Вам может потребоваться операция по поводу муковисцидоза или одного из его осложнений. Это могут быть:

  • Операция на носу или пазухах.
  • Операция на кишечнике для устранения закупорки.
  • Трансплантационная хирургия, включая двойную трансплантацию легкого или трансплантацию печени.

Почему людям с муковисцидозом (МВ) необходима высококалорийная диета с высоким содержанием жиров?

У людей с муковисцидозом потребности в питании не такие, как у людей без муковисцидоза.Людям с муковисцидозом может потребоваться в 1,5-2 раза больше калорий, чем людям без муковисцидоза. Вам нужны дополнительные калории, если у вас муковисцидоз, потому что вы тратите больше энергии, чем другие люди, чтобы дышать, бороться с легочными инфекциями и поддерживать свою силу.

Вам также нужно больше калорий и жира, потому что кистозный фиброз останавливает работу пищеварительных ферментов, вырабатываемых поджелудочной железой. Это означает, что питательные вещества и жиры из пищи не полностью усваиваются вашим кишечником.

Несмотря на то, что энзимные капсулы, которые принимаются перед каждым приемом пищи и закусками, помогают переваривать жиры, белки и крахмалы, определенное количество питательных веществ и жиров не усваивается.Если ваше тело не усваивает достаточное количество жиров, то жирорастворимые витамины также не усваиваются полностью, а эти витамины необходимы для защиты легких.

Также важно подчеркнуть, что люди с муковисцидозом должны поддерживать вес выше нормального, начиная с раннего детства. Исследователи показали, что молодые люди с муковисцидозом, которые поддерживают более высокий вес, растут быстрее и выше до полового созревания и снова становятся выше, когда они достигают своего всплеска роста в период полового созревания.

Молодые люди с муковисцидозом, которые начали жизнь с более низким весом, не выросли на столько дюймов, начали половое созревание в более позднем возрасте и никогда не имели такого же скачка роста полового созревания.Достижение своего полного генетического потенциала — достижение как можно большего роста с максимально большими легкими — это еще одна причина, по которой вес выше нормы у молодых людей с муковисцидозом так важен.

Другое распространенное заблуждение состоит в том, что соль (натрий) вредна для всех людей. Это не относится к детям и взрослым с муковисцидозом. Люди с муковисцидозом теряют много соли с потом. Хотя не существует установленного стандарта, медицинские работники обычно советуют людям с муковисцидозом есть соленую пищу. Это особенно актуально в жаркую, влажную погоду и при физических нагрузках.Если у вас муковисцидоз, вы, вероятно, можете добавлять соль в пищу и закуски по желанию. Спросите своего врача или зарегистрированного диетолога о количестве соли, которое вам нужно каждый день.

Каковы осложнения муковисцидоза (МВ)?

К осложнениям муковисцидоза относятся следующие:

  • Взрослые с муковисцидозом могут иметь проблемы с дыханием, пищеварением и репродуктивными органами.
  • Густая слизь у людей с муковисцидозом может содержать бактерии, что может привести к большему количеству инфекций.
  • Люди с муковисцидозом имеют более высокий риск развития диабета или истончения костей, таких как остеопения и остеопороз.
  • Мужчины с муковисцидозом не могут стать отцами без помощи альтернативных репродуктивных технологий. У женщин с муковисцидозом может наблюдаться снижение фертильности (способность иметь детей) и осложнения во время беременности.

Профилактика

Как я могу предотвратить кистозный фиброз?

Вы не можете предотвратить кистозный фиброз, потому что это наследственное заболевание.Если у вас или вашего партнера есть какая-либо семейная история, вы можете поговорить с генетическим консультантом, прежде чем решите завести детей.

Перспективы/прогноз

Каков прогноз (перспективы) для людей с муковисцидозом (МВ)?

Лекарства от муковисцидоза нет и его нельзя предотвратить. Однако новые методы лечения помогают детям с муковисцидозом дожить до зрелого возраста и улучшить качество жизни.

Терапия наиболее эффективна при ранней диагностике муковисцидоза, поэтому так важен скрининг новорожденных.Эти методы лечения включают лечение инфекций, попытки предотвратить потерю веса и частое посещение специалиста по муковисцидозу. Добавление терапии модулятором трансмембранного регулятора проводимости при муковисцидозе (CFTR) в молодом возрасте кажется очень полезным и может улучшить здоровье в долгосрочной перспективе.

Согласно информации из реестра пациентов Фонда муковисцидоза, ожидается, что более половины людей, родившихся с муковисцидозом в период с 2015 по 2019 год, доживут до 46 лет или дольше.

Люди с атипичным муковисцидозом, как правило, имеют большую ожидаемую продолжительность жизни, чем люди с классическим муковисцидозом.

Жить с

Как позаботиться о себе, если у меня кистозный фиброз?

Потребности взрослого человека с муковисцидозом отличаются от потребностей ребенка с муковисцидозом. Если вы родитель ребенка с муковисцидозом или взрослый человек с муковисцидозом, вы можете многое сделать для пропаганды здорового образа жизни. Это включает в себя разработку и выполнение рекомендаций из плана лечения, разработанного совместно с вашей медицинской командой.

Следуйте рекомендациям ваших медицинских работников о достаточном питании, правильном питании и разумных физических упражнениях.Спросите своего поставщика медицинских услуг, подходит ли вам легочная реабилитация.

Позаботьтесь о предотвращении инфекций, дистанцируясь от больных людей. Практикуйте хорошие методы мытья рук. Получите вакцины, которые, по мнению ваших поставщиков, необходимы.

Соблюдайте рекомендуемый график встреч с вашим врачом и другими членами вашей медицинской бригады. Если вам нужна помощь в решении социальных или эмоциональных проблем, обратитесь к своей команде и изучите возможные варианты.

Решите, хотите ли вы принять участие в клиническом испытании.Попросите своего провайдера указать вам правильное направление, чтобы стать участником.

Часто задаваемые вопросы

Заразен ли кистозный фиброз?

Нет. Муковисцидоз не заразен. Это генетическое заболевание, а не инфекция. Вы не можете ни от кого заразиться и никому не можете это передать. Однако, если он у вас есть, вам нужно быть осторожным, если вы подвергаетесь воздействию инфекций.

Можно ли заболеть кистозным фиброзом в любом возрасте?

Большинство случаев муковисцидоза обнаруживаются в течение первых нескольких лет жизни.Тем не менее, можно стать взрослым, и тогда у вас будет диагностирован муковисцидоз.

Является ли муковисцидоз неизлечимой болезнью?

В прошлом муковисцидоз считался смертельным заболеванием. Люди, у которых он был, умирали в детстве. Это уже не так. Сегодня большинство детей с муковисцидозом вырастают во взрослых с муковисцидозом.

Записка из клиники Кливленда

Если у вас муковисцидоз или у вашего ребенка муковисцидоз, вы знаете, что это генетическое заболевание требует лечения на протяжении всей жизни.Как и в случае со многими другими заболеваниями, ранняя диагностика и раннее начало лечения обычно приводят к наилучшему результату. Работайте со своей медицинской бригадой или лечащей бригадой вашего ребенка, чтобы найти способы оставаться здоровым. У вас может быть доступ к большему количеству ресурсов, чем вы думаете. Исследования продолжаются, и ученые работают над достижением еще лучших результатов.

Патент США на топливный элемент с использованием органического высокомолекулярного электролита. Патент (Патент № 4,537,840, выдан 27 августа 1985 г.)

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к новому топливному элементу, в котором используется органический электролит с высокой молекулярной массой, и, более конкретно, к топливному элементу, который содержит новый электролит и работает при комнатной температуре или температуре не более 100°С.степень. С.

Кроме того, настоящее изобретение относится к структуре электролита и составу электролита, которые подходят для вышеупомянутого топливного элемента.

Настоящее изобретение подходит как для топливных элементов, использующих газообразное топливо, такое как водород, или тех, которые используют жидкое топливо, такое как метанол или гидразин, так и для газообразных окислителей, таких как кислород или воздух, или жидких окислителей, таких как как перекись водорода. Однако настоящее изобретение не должно ограничиваться такими топливными элементами.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Топливный элемент предназначен для извлечения энергии, генерируемой электрохимической реакцией топлива и окислителя, непосредственно в виде электроэнергии, и либо исследуется, либо уже применяется в качестве электростанции или источника питания для аэрокосмических устройств, беспилотных объекты на море или на берегу, стационарные или передвижные радиостанции, автомобили или бытовая техника.

Топливные элементы можно грубо разделить на репрезентативные типы, такие как типы топливных элементов с расплавленным солевым электролитом, которые работают при высокой температуре (например,г., около 500°С. до 700°С C.), типы топливных элементов с фосфорным электролитом, которые работают при температуре около 200°С. С., или типы топливных элементов с щелочным или кислотным электролитом, которые работают при комнатной температуре или при температуре самое большее около 100°С. С.

В качестве электролита высокотемпературных топливных элементов часто использовались карбонаты, такие как K 2 CO 3 , которые являются твердыми при комнатной температуре.

В фосфорных топливных элементах используется фосфорная кислота с температурой плавления около 42.степень. С., или полифосфорная кислота, как описано в описании японского патента No. Выложенная заявка № 5286/1982, оба из которых являются твердыми или полутвердыми при комнатной температуре.

Электролит, часто используемый в щелочных или кислотных типах электролитов топливных элементов, используемых при температуре не более 100°С. C. представляет собой либо водный раствор едкого калия, едкого натра или гидроксида лития, либо разбавленную серную кислоту. Это связано с тем, что водные растворы этих сильных электролитов наиболее удобны для использования, так как обладают высокой ионной проводимостью при низкой температуре.

Эти сильные электролитические вещества настолько агрессивны, что ограничивают количество материалов, которые можно использовать для изготовления элемента. Это означает, что необходимо принять достаточные меры предосторожности, чтобы предотвратить утечку этих электролитов из элемента. Однако контрмеры против утечки электролита в существующих элементах не очень просты, поэтому в предшествующем уровне техники было проведено множество испытаний.

Основная проблема возникает из-за того, что электролит является жидкостью, когда горючее или окислитель являются жидкими.Происходит явление, когда электролит, который должен оставаться в камере электролита, проходит через пористый электрод топлива или окислителя в камеру топлива или окислителя в результате разбавления из-за градиента концентрации в жидком топливе или окислителе.

В топливных элементах, работающих на жидком топливе, в качестве контрмеры принято подавать в топливную камеру топливную смесь (которую обычно называют анодным электролитом), разбавленную электролитом. При этом разница в концентрации электролита уменьшается настолько, что уменьшается истечение электролита из электролитной камеры в топливную камеру.Тем не менее, разбавление топлива электролитом является контрмерой, которая не требуется для внутренних функций элемента, и концентрация топлива также соответственно снижается, так что на циркуляцию электролита расходуется больше энергии, чем на топливо. с последующим снижением энергоэффективности. Более того, подача или циркуляция высококоррозионного электролита вместе с топливом невыгодна для пользователя, помимо ограничений по конструкционным материалам.

Хотя есть пример, в котором неорганический порошок смешивают с электролитом для получения пасты, этот метод не обеспечивает базовой контрмеры, поскольку топливный или окислительный электрод по существу пропускает через себя электролит.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание топливного элемента, который может предотвращать или уменьшать утечку или вытекание из него электролита.

Другой целью настоящего изобретения является создание нового топливного элемента, в котором не используется высококоррозионный электролит.

Третьей задачей настоящего изобретения является создание структуры электролита и состава электролита, подходящих для вышеуказанного топливного элемента.

Настоящее изобретение основано на представлении о том, что использование электролита, не способного проходить через пористый топливный или окислительный электрод, позволяет предотвратить вытекание или утечку электролита в жидком топливе или окислительном типе топлива. ячейка предшествующего уровня техники. Авторы изобретения исследовали использование органического электролита с высокой молекулярной массой (например,g., полимерный материал) как материал, обладающий вышеуказанными действиями, и подтвердили лучшие эффекты, чем те, которые ожидались после сборки метанольного топливного элемента и экспериментов по выработке энергии.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (a) Органический высокомолекулярный электролит

Органические электролиты с высоким молекулярным весом — это хорошо известные вещества, которые подробно описаны в «Высокомолекулярных электролитах», изданном Редакционным комитетом экспериментов с высоким молекулярным весом Ассоциации высокомолекулярных весов и опубликованном в 1978 г. Кёрицу Шуппан К.К.

Высокомолекулярный электролит диссоциирует в водном растворе с образованием крупных высокомолекулярных ионов с высоким зарядом и низкомолекулярных ионов. Сам высокомолекулярный электролит в растворе превращается в высокомолекулярные ионы (т. е. полиионы), которые имеют заряды, противоположные зарядам низкомолекулярных ионов, при этом освобождая низкомолекулярные ионы от их диссоциированных радикалов. Высвобождающиеся при этом низкомолекулярные ионы называются «противоионами».Высокомолекулярные ионы имеют заряды на уровне, соответствующем числу диссоциированных ионизированных радикалов.

Противоионы, высвобождаемые таким образом в результате диссоциации высокомолекулярных ионов, захватываются вокруг высокомолекулярных молекул под действием электрического поля, возникающего из-за высоких зарядов высокомолекулярных ионов противоположной полярности. Если противоионы захвачены или удерживаются вокруг высокомолекулярных ионов просто за счет электростатического действия, захваченные таким образом противоионы могут свободно мигрировать внутри захваченного слоя.Это ограничение называется «связыванием .phi».

С другой стороны, связь, при которой противоионы захватываются высокомолекулярными молекулами в форме, содержащей ковалентные связи с диссоциированными радикалами, называется «P-связью». В этом случае противоионы сдерживаются специфическими диссоциированными радикалами, так что они не могут свободно мигрировать.

Поскольку высокомолекулярные ионы имеют большие молекулы, считается, что их миграция в растворе высокомолекулярного электролита ограничена, так что они не могут мигрировать из электролитной камеры ни наружу, ни в камеру горючего или окислителя .

Как было описано выше, используя как ограниченное ограничение противоионов, так и ограничение миграции высокомолекулярных ионов, топливный элемент в соответствии с настоящим изобретением может обеспечить ряд полезных эффектов, как будет описано позже более подробно.

Виды и способы регулирования высокомолекулярного электролита подробно раскрыты в разделе 2 вышеупомянутого «Высокомолекулярные электролиты». В данной публикации высокомолекулярные электролиты классифицируются на те, которые производятся из природных высокомолекулярных молекул, те, которые производятся из синтетических высокомолекулярных молекул, и специальные (все это синтетические, высокомолекулярные электролиты). ).

Органические электролиты с высокой молекулярной массой, подходящие для использования в настоящем изобретении, ограничены теми, которые могут производить как можно больше противоионов, а именно электролитами, имеющими высокую ионную проводимость. Например, минимальная ионная проводимость может составлять 4×10 -3 (См/см), где S — Сименс (ОМЕГА -1). Высокомолекулярные кислоты и основания сильных электролитов особенно подходят для настоящего изобретения. Высокомолекулярные электролиты должны быть ионизированы в присутствии воды.

В качестве электролитов подходят как высокомолекулярные основания, диссоциированные радикалы которых имеют основные группы, такие как аминогруппы, так и четвертичные аммониевые группы, такие как -CH 2 N(CH 3 ) 3 Cl или -CH 2 N(CH 2 CH 2 OH)(CH 3 ) 2 Cl, и высокомолекулярные кислоты, которые имеют кислотные группы, такие как сульфоновые группы или фосфиновые группы.

Остаток высокомолекулярного электролита может представлять собой, например, полистирол, полиэтилен, полиакрил, полиметакрил, стирол-бутадиеновый сополимер или стирол-дивинилбензольный сополимер, который либо сульфируют серной кислотой, либо подвергают обработке хлорметилированием с третичным амином в четвертичную аммониевую группу.

Этот высокомолекулярный электролит не имеет критической молекулярной массы, но может быть использовано высокомолекулярное вещество, имеющее молекулярную массу, измеренную, как описано ниже, не менее 1000, в частности 10000, для предотвращения его вытекания или утечки из электролитной камеры. В этом отношении обычное синтетическое высокомолекулярное вещество имеет молярную массу не менее 100000, так что не возникает никаких практических проблем. Эти молекулярные массы измеряют методом светорассеяния, в котором высокомолекулярный материал растворяют в растворителе, а молекулярную массу М рассчитывают по уравнению.tau.=HCM, где C представляет собой концентрацию полимера, H представляет собой константу, определяемую условиями измерения, и .tau. – мутность раствора.

(b) Состав электролита

Высокомолекулярный электролит частично или полностью растворен в воде; но когда он заполняет электролитную камеру топливного элемента, он либо сам по себе, либо частично или полностью растворяется в воде в зависимости от необходимости или типа топливного элемента.

Когда высокомолекулярный электролит используется сам по себе, он может иметь форму порошка, мелких частиц или гранул или любой их комбинации.Такой материал может иметь размер частиц, например, от нескольких микрон до менее микрона (субмикрона). Например, в метанольном топливном элементе высокомолекулярный электролит будет быстро набухать или растворяться в воде, потому что метанол и вода смешиваются и подаются в качестве топлива.

Если для повышения вязкости раствора или пасты высокомолекулярного электролита, полученного путем набухания, растворения или диспергирования электролита в воде, примешивается загуститель, становится возможным нанесение раствора или пасты на рамку, удерживающую электролит .Для достижения такого результата вязкость раствора или пасты должна быть увеличена, например, до 10 2 — 10 4 пуаз. Дополнительное количество загустителя может составлять, например, от 0,005 до 0,03 мл/см 2 . Такое количество добавки, указанное выше, представляет собой количество загустителя, присутствующего на единице площади поверхности электрода, и в данном случае было определено относительно электрода толщиной 200 микрон. В качестве загустителя используют либо мелкодисперсный неорганический порошок, обладающий высоким удельным сопротивлением, либо изолирующим свойством, например мелкодисперсный порошок карбида кремния или органический порошок.Помимо карбида кремния в качестве загустителя могут быть использованы порошки, например, Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 3 и т.д. Кроме того, примеры органических порошков, которые можно использовать в качестве загустителя, включают порошки полистирола, полиэтилена, сополимера полистирола и дивинилбензола и т.д. -микрон. Термин «загуститель» используется просто для удобства; например, порошок карбида кремния играет роль прокладки, удерживающей слой электролита и топливный или окислительный электрод на постоянном расстоянии друг от друга.Следовательно, загуститель можно также назвать «распорным материалом». Лучше всего, если этот загуститель неактивен по отношению к электролиту и воде.

Если к раствору или пасте высоко- электролит с молекулярной массой, он диссоциирует с образованием положительных и отрицательных ионов. Если добавляется только небольшое его количество, т.е.г., от 5 до 20 % по весу низкомолекулярного электролита в расчете на общее количество электролита, сдерживание вышеуказанных противоионов ослабляется без потери свойств высокомолекулярного электролита, так что противо- ионы могут мигрировать.

Дальнейшее добавление различных добавок, если это необходимо, не будет отходить от сущности и объема настоящего изобретения. К таким добавкам относятся те, которые можно добавлять в обычные электролиты топливных элементов.

(c) Структура электролита

Обычный топливный элемент изготавливается путем подготовки отдельных элементов из комбинации топливной камеры — топливного электрода — слоя электролита — электрода окислителя — камеры окислителя и последовательного соединения множества этих отдельных элементов для получения желаемого напряжения. Если один элемент имеет электродвижущую силу 0,6 вольт, топливный элемент, имеющий электродвижущую силу 12 вольт, может быть построен путем последовательного соединения двадцати отдельных элементов.Поэтому каждый из компонентов, составляющих единую ячейку, должен иметь форму пластины как можно меньшей толщины.

В одном примере настоящего изобретения структура электролита может быть сделана тоньше, если вышеуказанная композиция электролита наносится в сухой или пастообразной форме на раму, имеющую толщину от 0,1 до 5 мм, предпочтительно от 0,3 до 2 мм. Также эффективно наносить органическую композицию электролита с высокой молекулярной массой на смежные стороны электрода-окислителя и/или топливного электрода.

В метанольном топливном элементе метанол будет проходить через топливный электрод и просачиваться в электролитную камеру, пока не достигнет электрода-окислителя, где он окислится или сгорит. Для предотвращения этого желательно установить мембрану, ограничивающую прохождение метанола, между топливным электродом и электролитной камерой. Такая мембрана может иметь толщину предпочтительно от 0,05 до 1 мм, в частности от 0,1 до 0,5 мм. В качестве мембраны можно использовать, например, ионообменную пленку.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения толщина электролитной структуры значительно уменьшена, а сборка элемента облегчена за счет прикрепления ионообменной пленки к держателю электролита и переноса указанной выше композиции электролита на один или оба сторон ионообменной пленки.

Рамка, удерживающая электролит, может быть соответственно изготовлена ​​из изолятора, который может представлять собой, например, любой из множества пластиковых пластин, листов или пленок. Предотвратить короткое замыкание электродов можно, если использовать вышеуказанную композицию электролита, смешанную с загустителем или прокладочным материалом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой схематический вид, поясняющий принцип действия топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением;

РИС. 2 представляет собой вид в перспективе с частичным вырезом, показывающий конструкцию одного элемента топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением;

РИС. 3 представляет собой вид в перспективе, показывающий конструкцию топливной батареи, которая состоит из последовательного соединения отдельных элементов;

ФИГ. Фиг.4-6 представляют собой графики, иллюстрирующие V-I характеристики одного элемента топливной батареи согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

РИС.7 представляет собой вид в перспективе с частичным вырезом, показывающий конструкцию электролитной структуры в соответствии с настоящим изобретением; и

РИС. 8 представляет собой вид в перспективе в разрезе, поясняющий способ подачи топлива и управления согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

РИС. 1 представляет собой схематический вид, показывающий принцип действия топливного элемента согласно настоящему изобретению, в котором в топливную камеру 6 подается топливо 5, а в камеру 8 окислителя подается окислитель 7, такой как кислород, воздух или перекись водорода. .Слой 4 органического высокомолекулярного электролита образован между топливным электродом 2 и электродом окислителя 3. Топливный электрод и электрод окислителя могут быть изготовлены из материалов, традиционно используемых для этих электродов топливных элементов. Высокомолекулярный электролит диссоциирует в присутствии воды на высокомолекулярные ионы 15 и ионизированные радикалы 14. Эти ионизированные радикалы 14 мигрируют внутри электролита в соответствии с реакциями в ячейке, принимая электроны, генерируемые на топливном электроде, и переносят их к электроду окислителя.Ионы с высокой молекулярной массой не мигрируют ни к электроду-окислителю, ни к топливному электроду, поскольку они имеют большую молекулярную массу.

Если в качестве примера взять метаноловый топливный элемент, то протекают следующие реакции в ячейке:

на метанольном электроде (т.е. АНОД):

CH3OH+H2OfwdarwCO2+6H++6e-; и

на электроде-окислителе (т.е. КАТОДЕ):

3/20 2 +6H + +6e- 3H 2 O.

РИС.2 представляет собой вид в перспективе, показывающий конструкцию одного элемента метанол-воздушной топливной батареи согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано, одна ячейка строится путем последовательного сопоставления сепаратора 20 из графита, который образует воздушную камеру и действует как коллектор, воздушного электрода 21, примыкающего к сепаратору 20, ионообменной мембраны 22, слоя 23 пасты из состав электролита с высокой молекулярной массой, нанесенный на метанольный электрод 28, и сепаратор 25 из графита, который образует топливную камеру и действует как коллектор.Сепаратор 20 выполнен с канавками 29 для обеспечения прохождения воздуха.

В показанном варианте осуществления предусмотрен волокнистый фитиль 26, который используется для подачи метанола из бака 27 для метанола в топливную камеру за счет капиллярного действия. Этот вариант осуществления отличается отсутствием вспомогательного оборудования, такого как насос для подачи или циркуляции анолита, и поэтому отличается от метанольного топливного элемента предшествующего уровня техники. Если используется насос, мощность для привода насоса требуется не только во время пуска, но и во время работы.От насоса можно отказаться, если ячейка имеет конструкцию, показанную на фиг. 2.

Причина способа подачи топлива, показанного на РИС. 2 заключается в том, что топливный элемент в соответствии с настоящим изобретением делает ненужным использование анолита (то есть смеси топлива и электролита). В метанольном элементе предшествующего уровня техники с электролитом разбавленной серной кислоты большое количество серной кислоты (от 20 до 70% по объему) необходимо смешивать с анолитом. В результате фитильная система, показанная на фиг.2 трудно принять для подачи необходимого количества метанола, поскольку концентрация метанола очень мала.

Однако в настоящем изобретении нет необходимости использовать анолит; можно использовать либо один метанол, либо метанол, к которому добавляется небольшое количество воды, необходимое для реакций, так что достаточное количество метанола может быть поставлено даже с помощью фитильной системы. В результате можно отказаться от вспомогательного оборудования для подачи топлива, чтобы повысить эффективность использования энергии.

На рисунке, между прочим, стрелка А указывает на поток воздуха, стрелка В на потоки пара и воздуха, которые генерируются реакциями в ячейке, стрелка С на поток топлива, стрелка D на поток газообразного диоксида углерода, который генерируется клеточные реакции, а стрелка Е — поток углекислого газа, выходящего из ячейки.

Ионообменная мембрана 22 может быть зажата между метанольным электродом 28 и электролитной пастой 23. Метанольный электрод 28 удерживается на раме 24.

РИС. 3 представляет собой вид в перспективе, показывающий внешний вид топливной батареи, которая сконструирована путем наслоения одиночных элементов, показанных на фиг. 2. На фиг. 3 те же ссылочные позиции, что и на фиг. 2 обозначают одинаковые детали и участки. Множество ламинированных таким образом элементов размещают в корпусе 31 элемента, к которому прикреплены положительный и отрицательный выводы 32 и 33. Поскольку система подачи воздуха по фиг. 2 зависит от естественной конвекции, предусмотрен революционный топливный элемент, в котором нет необходимости во вспомогательном оборудовании, подающем топливо и воздух.Топливо подается из порта 30 в бак 27.

ФИГ. 4, 5 и 6 представляют собой графики, иллюстрирующие V-I характеристики одиночных ячеек согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения, описанным далее в этом раскрытии.

РИС. 7 показана конструкция электролитной структуры согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Вариант осуществления, показанный на фиг. 2 устроен так, что на поверхность топливного электрода нанесен состав электролита, на котором расположена ионообменная пленка.На фиг. 5, с другой стороны, ионообменная пленка или мембрана 43 зажата между электролитными рамками 41 и 42, чтобы удерживаться ими, и имеет состав 44 электролита с высокой молекулярной массой, нанесенный на обе или на одну из ее сторон. Такая конструкция позволяет собрать одну ячейку.

РИС. 8 представляет собой вид в перспективе в разрезе, показывающий один пример способа подачи топлива. Либо топливо, либо смесь топлива и воды в топливном баке подается за счет капиллярного действия к топливному электроду 52 с помощью прозрачного волокнистого фитиля 56.Слой 51 электролита образован между топливным электродом 52 и электродом 53 окислителя. С другой стороны электрода 53 окислителя установлена ​​проводящая прокладка 55, образованная каналами 61 для окислителя. Как показано на фиг. 8 предусмотрен стопор 59, который может остановить подачу топлива, если его толкнуть в направлении стрелки, когда работа топливного элемента должна быть прервана.

ПРИМЕРЫ

Полистиролсульфоновая кислота использовалась в качестве электролита топливного элемента, показанного на фиг.2, в котором метанол использовался непосредственно в качестве топлива.

Полистиролсульфоновую кислоту получали сульфированием, вызывая густую серную кислоту при 100°С. C. воздействовать на пленку полистирола в присутствии катализатора 0,2% сульфата серебра. Полистирол растворился в вязкой жидкости. Примерно через восемь часов полистирол растворяли в воде, чтобы его можно было очистить для получения полистиролсульфоновой кислоты.

Кстати, для процесса сульфирования используется комплекс или аддукт SO.sub.3 (например, C 6 H 5 COOSO 3 H) или метод Айзенберга с использованием 100% H 2 SO 4 (как раскрыто WR Carroll, H. Eisenberg , J. Polymer Sci. 4, 599 (1966)).

Электролитная паста, полученная замешиванием полистиролсульфоновой кислоты с подходящим содержанием влаги, была помещена толщиной около 0,2 мм между двумя электродами 24 и 21, обработанными катализатором. В качестве примера замес клейстера велся с влажностью примерно от 5 до 30%.Из-за формы пасты были предприняты меры для предотвращения образования пузырьков на границе между электролитом и электродами либо путем нанесения пасты на поверхности электродов, либо путем их сжатия после того, как они были сжаты вместе. Характеристики тока (I)-напряжения (V) этой ячейки показаны на фиг. 4.

Таким образом фиксируется электролит. В результате можно подавать топливо без электролита, чтобы исключить утечку кислоты и облегчить обращение.Важной особенностью, достигаемой благодаря тому, что в многослойные ячейки, показанные на фиг. 3 заключается в том, что можно предотвратить не только короткое замыкание электродов, но и упростить структуру подачи топлива. Кроме того, топливо может подаваться непосредственно из топливного бака 27 за счет упрощения или исключения насоса подачи топлива. Это также может применяться к топливным элементам (с кислотным или основным электролитом), в которых ранее использовался жидкий электролит.

В другом примере можно использовать в качестве электролита топливного элемента пастообразный электролит, который был замешан с электролитом, обладающим той же кислотной природой, что и высокомолекулярная кислота, проявляющая кислотность электролита вышеуказанного топливного элемента. , используя в качестве топлива метанол.Например, полистиролсульфокислота и 3 моля разбавленной серной кислоты замешивались в пасту, которую помещали между двумя электродами 21 и 24, обработанными катализатором. Подходящие катализаторы включают, например, Pt, Pd, Ir, Ru или их смеси. Толщина электролита после такой обработки составила 0,2 мм. Неорганические частицы, такие как карбид кремния, можно обработать суспензией фторсодержащей смолы и смешать с указанной выше полистиролсульфоновой кислотой и 3 молями разбавленной серной кислоты в пасту.Например, частицы можно встряхивать в суспензии фторсодержащей смолы для обработки частиц. В этом случае суспензия фтористой смолы действует как связующее и образует резервирующий слой электролита, так что она может действовать как превосходный электролит. Это приводит к превосходным характеристикам ячейки, показанным на фиг. 5.

В еще одном примере пасту из высокомолекулярных кислот (таких как полистиролсульфоновая кислота) замешивают шарикообразным шариком (размером, например, в несколькомкм до субмикронов), высокомолекулярная кислота (такая как сополимер стирола и дивинилбензола сульфокислота), и полученная смесь может быть использована в качестве электролита топливного элемента. Эти материалы замешивают в количествах, например, количества шариков, предпочтительно, 40%-60% по весу, при этом в замешиваемых материалах содержится 3-10% высокомолекулярных кислот. Например, вещество, полученное смешиванием вышеуказанного полистирола с сульфокислотой и подходящим содержанием влаги (подходящим содержанием влаги является, например,г., 5-30%) смешивают с шариками сополимера стирола и дивинилбензола сульфокислоты (с диаметром частиц несколько мкм) для приготовления пасты, которую используют в качестве электролита топливного элемента. . В этом случае вместо указанного выше карбида кремния можно использовать шарики из полистиролсульфокислоты, чтобы повысить концентрацию ионов водорода в электролите и шарики выполняли роль резервного слоя для электролита. В результате внутренний импеданс топливного элемента снижается, так что превосходные характеристики, показанные на фиг.6 выставлены.

Сделанное до сих пор описание относится к примерам, в которых паста высокомолекулярной кислоты используется в качестве электролита топливного элемента. Тем не менее, такие высокомолекулярные кислоты также можно использовать в виде сшитого геля.

Например, хлорсульфоновая кислота может реагировать со сшитым полистиролом в растворе серной кислоты, превращаясь в гель. Используя этот гель в качестве электролита топливного элемента, можно получить электролит, стабильный даже при использовании в течение длительного периода времени.

В качестве электролита может также использоваться комбинация высокомолекулярного электролита и ионообменной мембраны. Например, высокомолекулярная кислота полистиролсульфокислоты и пленка или катионообменная пленка, содержащая в своем исходном теле как стирол-бутадиен, так и стирол-дивинилбензол и сульфоновую группу, объединяют друг с другом для приготовления этого электролита для топлива. клетка. Электролит и мембрану можно объединить, нанеся пасту электролита на ионообменную мембрану.В другом случае пастообразный электролит может быть зажат между парой мембран. При объединении высокомолекулярного электролита и ионообменной мембраны может быть получено преимущество, заключающееся в том, что ионообменная мембрана предотвращает миграцию топлива от топливного электрода 24 к воздушному электроду 21, так что можно повысить эффективность использования топлива.

Вышеприведенное описание направлено в основном на примеры топливных элементов, в которых в качестве топлива используется жидкость (т.е. метанол) с использованием кислого электролита.Однако в этом случае в аналогичном процессе можно использовать полиэтиленсульфоновую кислоту или тому подобное в дополнение к использованию полистиролсульфоновой кислоты в качестве электролита топливного элемента.

Кислота с высоким молекулярным весом может использоваться в топливном элементе, в котором в качестве топлива используется газ (например, водород) с таким же кислым электролитом.

Высокомолекулярный электролит может быть использован в качестве электролита топливного элемента с использованием основного электролита.

В настоящее время в качестве топлива используется водород, гидразин, спирт и т.п., а в качестве электролита используется едкое кали.Основной электролит, такой как поливинилпиридин, может быть превращен в пасту или гель таким же образом, как в приведенном выше описании, так что его можно использовать в качестве электролита топливного элемента.

Можно использовать основной электролит с высокой молекулярной массой, такой как поливинилбензилтриметиламмоний. Этот электролит образует соль четвертичного аммония, если полистирол хлорметилируют и обрабатывают третичным амином.

Сначала 1% полистирола и 0,3% ZnCl 2 в качестве катализатора растворяют в очищенном хлорметиловом эфире.Этот раствор хлорметилируют при 50°С. C. в течение 2 часов, и полученный продукт очищают и сушат.

Хлорметилированный полистирол растворяют в диметилформамине и в полученный раствор вдувают двойное эквивалентное количество триметиламина, так что реакцию проводят при комнатной температуре (например, 15°С) в течение одного дня. Продукт выливают в эфир, чтобы он депонировался и очищался.

РИС. 8 показан вариант осуществления способа подачи топлива в соответствии с настоящим изобретением.Топливный электрод 52 и окислительный электрод 53 обращены друг к другу поперек электролитной камеры 51, топливная камера 54 расположена со стороны топливного электрода 52, а окислительная камера 61 расположена со стороны окислительного электрода 53. В топливной камере 54 топливный фитиль 56, изготовленный из волокнистого материала матовой, тканой или нетканой формы, такого как углерод, акрил, полиамид или полипропилен, проходит в продольном направлении от топливного электрода 52 так, что его нижняя торцевая поверхность соприкасается с днище топливного бака 57.

Когда топливный бак 57 заполнен жидким топливом 58, это топливо 58 поднимается по топливному фитилю 56 за счет капиллярного действия, чтобы заполнить топливную камеру 54 жидким топливом 58 и подать жидкое топливо 58 к топливному электроду 52 через секции волокнистого материала 56, так что электроэнергия вырабатывается за счет электрохимической реакции. В соответствии с настоящим вариантом осуществления может быть получен эффект, заключающийся в том, что жидкое топливо 58, подлежащее потреблению, непрерывно подается из топливного бака 57 через топливный фитиль 56, так что выработка электроэнергии может продолжаться, пока в топливном баке 57 находится жидкое топливо 58.

Толщина волокнистого элемента 56 определяется либо характеристиками всасывания жидкого топлива 58, волокнистым элементом 56, например, формой, размером и т. д. топливного электрода, либо энергией, генерируемой ячейке, т.е. расход топлива 58, но с практической точки зрения может желательно составлять примерно от 10 мкм до 10 мм.

Одним из применений подачи топлива с использованием капиллярного действия является фитиль масляной печи. Однако в этом случае топливо, всасываемое из топливного бака, газифицируется и сгорает на кончике фитиля.Однако в настоящем изобретении топливо, подаваемое из топливного бака, подается к поверхностям электродов с поверхности материала, обладающего капиллярным действием. Таким образом, эффект настоящего изобретения отличается от эффекта фитиля масляной печи.

Топливная камера 54 может быть выполнена заодно с топливным баком 57. Пространство между топливной камерой 54 и топливным баком 57 заполнено либо волокнистым фитилем 56 из матового, тканого или нетканого углерода, акрила, полиамида или полипропилена, либо пористый неорганический топливный фитиль, спеченный из неорганического порошка, например.г., из оксида алюминия или кремнезема, чтобы иметь ряд пор, чтобы он проходил по крайней мере от нижнего конца топливного электрода 52 до дна топливного бака 57.

Когда топливный бак 57 заполнен жидким топливом 58, это жидкое топливо 58 всасывается из топливного бака 57 через волокнистый элемент 56 или пористый неорганический топливный фитиль за счет капиллярного действия, так что оно диффундирует в топливную камеру за счет осмотическое давление до тех пор, пока оно не будет подано на топливный электрод 52 для выработки энергии.

В соответствии с этим вариантом осуществления жидкое топливо диффундирует со скоростью расхода топливным электродом 52 из топливного бака 57 через фитиль 56 или фитиль 56 неорганического топлива в топливную камеру 54, так что выработка электроэнергии продолжается, пока есть топливо. жидкость 58 в топливном баке 57.

В другом варианте осуществления топливный электрод 52 состоит из объединенной структуры пористой подложки и каталитического слоя, а пористая подложка используется в качестве топливного фитиля.Например, такая пористая подложка имеет размер пор от нескольких десятков мкм до нескольких сотен мкм и толщину от 0,05 до 1 мм. Подключив фитиль к топливу 58 в топливном баке 57, можно подавать топливо на топливный электрод 52. Это приводит к преимуществам, состоящим в упрощении конструкции и возможности легкого выгрузки продуктов из топливного электрода.

Топливный элемент по фиг. 8 снабжен механизмом регулирования расхода подаваемого топлива.Также может быть предусмотрено крепление 59 для управления подачей топлива для приложения механического давления в направлении стрелки к топливному фитилю 56, поднимающемуся из топливного бака 57, который расположен между топливным баком 57 и топливной камерой 54, тем самым подавляя подачу. топлива 58.

Сжимая топливный фитиль 56 с помощью крепления 59 для управления подачей топлива, можно уменьшить или прекратить подачу топлива из топливного бака в топливную камеру 54 за счет капиллярного действия.

Когда выработка электроэнергии должна быть прервана, использование этого механизма может упростить обращение, поскольку топливо 58 можно оставить в топливном баке 57.

Подача топлива также может осуществляться более эффективно следующим образом:

Топливный бак 57 увеличен в направлении его высоты параллельно конструктивным частям ячейки, таким как топливный электрод 52 или электрод окислителя 53, и заполнен топливом 58. При этом давление, соответствующее уровню жидкости 58 подается на топливный фитиль 56, так что соответственно увеличивается высота подачи топлива. В результате, даже если высота батареи велика, когда площадь требуемой ячейки велика, подача топлива облегчается, чтобы можно было предотвратить падение мощности из-за нехватки топлива.

Вышеприведенное описание вариантов осуществления делало упор на метанол-воздушный топливный элемент. Однако настоящее изобретение не должно ограничиваться этими вариантами осуществления, а может быть применено к различным топливным элементам, использующим другие жидкие топлива и окислители.

Аналогичным образом, вышеприведенное описание состава электролита сосредоточено на пасте органического состава электролита с высокой молекулярной массой. Однако основная цель настоящего изобретения, состоящая в предотвращении утечки или вытекания электролита, может быть достигнута, даже если органический электролит с высокой молекулярной массой находится в растворе.

Поскольку в соответствии с настоящим изобретением предотвращается вытекание электролита из электролитной камеры, может быть получена длительная стабильность характеристик элемента и, кроме того, может быть обеспечен эффект предотвращения утечки электролита наружу элемента. дальнейшее улучшение. В результате можно получить подходящий эффект, особенно для движущихся источников питания и аккумуляторов, которые должны использоваться в местах, подверженных вибрации. Кроме того, использование в качестве бытового источника питания облегчается, чтобы обеспечить подходящий источник питания.

В настоящем изобретении топливо может подаваться без какого-либо насоса, что отличает его от известного уровня техники с использованием, например, сернокислого электролита или щелочного электролита, в котором смешанный раствор (т.е. анолит) жидкого топлива и электролит подается насосом. Поскольку производительность насоса обычно составляет около одного моля концентрации топлива, энергия, потребляемая насосом, намного выше, чем требуется для подачи только топлива. В этом отношении согласно настоящему изобретению становится возможной подача только топлива или топлива с небольшим количеством воды, так что вспомогательное оборудование может быть уменьшено.Кроме того, в настоящем изобретении исключены потери мощности из-за короткого замыкания между электродами из-за электролита, что обеспечивает значительный эффект с точки зрения повышения эффективности и упрощения конструкции. Аналогично, когда топливо газообразное, вытекания жидкости не избежать, если в качестве электролита используется, например, серная кислота или щелочь. Однако согласно настоящему изобретению вытекание электролита исключено, так что срок службы элемента может быть продлен.

Проводящие пасты, не содержащие диспергаторов, для гибких и печатных наноуглеродных электродов

Синтез НК-материалов с четверными мотивами водородных связей

Специфический набор образующихся водородных связей играет важную роль в определении трехмерной структуры химических и биологических систем, поскольку специфики и направленности облигаций 14,15,16 . Руководствуясь самосборкой массивов донорно-донорно-акцепторно-акцепторных участков водородных связей 15 , мы функционализировали NC-материалы фрагментами 2-уреидо-4[1H]пиримидинона (UHP), образующими четверную водородную связь (QHB), чтобы преодолеть сильное ван-дер-ваальсово притяжение (рис.1а). Массивы QHB намного прочнее, чем массивы с тройными водородными связями, и легко доступны синтетическим путем. Константы димеризации донорно-донорно-акцепторно-акцепторных массивов UHP фрагментов (>10 7 М -1 в хлороформе) на 2-3 порядка выше, чем (>10 5 М -1 ). ) найдено для синтетически менее доступных массивов AAA и DDD 17 . Супрамолекулярные НК (супра-НК), модифицированные фрагментами UHP, синтезировали в три этапа из коммерчески доступных исходных материалов.НК-материалы, функционализированные карбоксильными группами, последовательно реагировали с толуолдиизоцианатом (ТДИ) и 2-амино-4-гидрокси-6-метилпиримидином (АНМП) для присоединения изоцианатных и сверхвысококачественных групп соответственно (рис. 1а). Химическая структура первичных НК, карбоксилированных НК (НК-СООН), изоцианат-функционализированных НК и супра-НК с мотивами QHB была охарактеризована с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) (дополнительные рисунки S1– С4). Полоса при 1705 см –1 в спектрах FTIR указывала на присутствие групп карбоновой кислоты.Эта полоса исчезла, и появился изоцианатный пик (2270  см –1 ) после реакции сочетания с ТДИ. Важно отметить, что после реакции сочетания с AHMP наблюдались амидные связи (1680 см –1 ) и широкие водородные пики. Пик N1s, который отсутствовал в XPS-спектрах MWNT-COOH, появился в XPS-спектрах супра-MWNT (дополнительный рис. S4).

Рис. 1: Формование проводящих паст на основе НК без использования диспергаторов.

( a ) Схема синтеза супра-НК, в которой УНТ функционализированы карбоксильными группами с использованием смеси HNO MWNT-COOH, SWNT-COOH и нанопластинки оксида графена последовательно реагировали с TDI и AHMP с образованием фрагментов UHP.( b ) Схематическое изображение и фотография нестабильной коллоидной суспензии NCs-COOH, приготовленной без диспергатора. ( c ) Схематическое изображение стабильной супра-NC пасты. ( d ) Фотографии капли супра-NC пасты. ( e ) Печатная пленка на пластиковой подложке. ( f ) Проводящее волокно с высоким содержанием сверхОСНТ (~70 мас.%). ( г ) Бумага Bucky с супра-ОСНТ (слева) и длинными супра-МУНТ/Ag ННК (справа).

Изготовление и характеристика паст NC без диспергаторов

На рис. 1b,c показана поразительная синергия, возникающая при введении мотивов QHB на основе UHP в материалы NC для изготовления паст без диспергаторов сверх-NC.Нам не удалось приготовить НК-пасту с использованием НК, функционализированных исключительно карбоновой кислотой, в органических растворителях, поскольку происходила сильная агломерация из-за сильного ван-дер-ваальсова притяжения в отсутствие диспергатора (рис. 1б). Однако наш подход, включающий формирование супрамолекулярной сети QHB на основе групп UHP, позволил получить хорошо диспергированные пасты с поверхностным натяжением жидкости, которое было настолько низким, что пасты могли быть распределены по широкому диапазону подложек, но достаточно высоким, чтобы предотвратить коллоидную агломерацию после отложение (рис.1с). Стоит отметить, что более 10 мас.% коллоидных суспензий супра-НК, связанных между собой мотивами QHB, образовывали хорошо диспергированные пасты даже с длинными МУНТ (длина >100 мкм) при их простом перемешивании в обычных растворителях, таких как диметилформамид (ДМФ) и НМП (рис. 1г). Эти уникальные пасты можно было печатать, прядить и превращать в гибкую липкую бумагу путем литья или фильтрации.

Чтобы подтвердить, что материалы NC образуют сети QHB в коллоидной суспензии, мы исследовали зависимость вязкости от скорости сдвига для супра-NC паст.Обычно в коллоидных суспензиях твердых сфер вязкость при низком сдвиге увеличивается, когда объемная доля увеличивается более чем на ~50%, и может происходить сгущение при сдвиге или переход заклинивания 18,19 . Это поведение зависит от характера межчастичных взаимодействий 19 . Примечательно, что в этом исследовании мы наблюдали утолщение при сдвиге в режиме низкого сдвига даже при концентрациях ниже 10% (рис. 2а). Эти результаты ясно указывают на то, что материалы супра-НК связаны между собой сильными взаимодействиями между УНТ и графеновыми нанопластинками, функционализированными мотивами QHB.Более того, из разбавленных суспензий супра-НК мы также наблюдали необычные модели высыхания капель супра-НК на подложке из-за сетей QHB, которые резко контрастируют с обработанными кислотой НК (рис. 2b, c). Капля наноколлоидов МУНТ-СООН, высушенных при 20 °C, имеет тенденцию оставлять типичную картину высыхания кофейных зерен, типичную для водорастворимых или диспергируемых материалов (рис. 2б) 20 . Взвешенные частицы имеют тенденцию двигаться к краям капли во время испарения растворителя, потому что скорость испарения растворителя ДМФА низка при 20 °C и максимальна на краю капли, что вызывает течение жидкости к краю.Напротив, супра-МУНТ агломерировались в центре капли при сушке при 20 °С, что указывает на то, что МУНТ, связанные между собой QHB-мотивами, ведут себя как макрочастицы и не могут двигаться к краям капли, что можно объяснить диффузионным модель ограниченного агрегирования 21 . Supra-SWNT и сверхвосстановленный оксид графена (RGO) показали аналогичные свойства жидкости. Интересно, что обратное поведение испарения наблюдалось при 100 °C, при которой усиленный температурный градиент индуцирует поток Марангони 22 .МУНТ-СООН оставляли остатки в центре капли из-за течения Марангони, тогда как в каплях супра-МУНТ наблюдались четкие кофейные кольца (рис. 2в). Взаимосвязанные супра-МУНТ поддерживали слабое течение Марангони даже при высоких температурах. Таким образом, наши наблюдения позволяют предположить, что большинство супра-НК были связаны между собой множественными прочными водородными связями в суспензии.

Рисунок 2: Реологические и коллоидные признаки формирования сети.

( a ) График сдвиговой вязкости для паст с НС (~10 мас.%) в ДМФА в зависимости от скорости сдвига, показывающий загущение при сдвиге при низкой скорости сдвига.Напротив, короткие MWNT только что показали типичное поведение при сдвиге. Коллоидное поведение разбавленных суспензий супра-НК. Фотографии (слева) капель МУНТ-СООН/ДМФА, супра-МУНТ/ДМФА на поверхности SiO 2 после сушки при 20 °C ( b ) и 100 °C ( c ). В ( b ) супра-МУНТ в каплях суспензии с добавлением воды перемещаются к краю, потому что QHB был разрушен молекулами воды. На правой схематической иллюстрации показано коллоидное поведение МУНТ-СООН и супра-МУНТ при сушке в каплях жидкости.( d ) Изображения FESEM As-приготовленного GO, полученные с использованием гомогенизатора и небольших нанопластинок GO, разрушенных ультразвуковой обработкой (200 Вт, 20 кГц). Масштабная линейка, 2  мкм. ( e ) Схематическая иллюстрация нестабильного рассеивания небольших листов RGO через частичное объединение в сеть QHB. ( f ) Фотографии восстановленной небольшой суспензии GO в ДМФА после введения мотивов UHP, демонстрирующие нестабильную дисперсию.

Чтобы дополнительно продемонстрировать влияние QHB на дисперсию супра-НК, мы добавили воду и HCl в раствор ДМФА в качестве агентов, разрушающих водородные связи.Чтобы визуализировать образование и разрушение QHB, мы наблюдали за поведением капель разбавленных супра-МУНТ (500 мг л -1 ) при высыхании на подложке после добавления дистиллированной воды и 0,01 мас.% HCl, разбавленной ДМФ. Важно отметить, что мы наблюдали типичное пятно кофейного кольца по сравнению с пятном супра-МУНТ, суспендированных в чистом ДМФ, за счет увеличения количества воды в суспензии супра-МУНТ (500 мг л -1 ) (дополнительный рисунок. S5). Это указывает на то, что КВС разрушаются молекулами воды.Из 30 об.% водного раствора мы наблюдали значительную агрегацию супра-МУНТ в разбавленных суспензиях из-за усиления ван-дер-ваальсовых взаимодействий между боковыми стенками УНТ, вызванного несоответствием параметров растворимости. Однако мы наблюдали, что крупные агрегаты супра-МУНТ суспендировались без осаждения, что происходит из-за сольватации разорванных мотивов QHB молекулами ДМФА и воды. Это означает, что разорванные мотивы QHB (фрагменты UHP) также способствуют дисперсии УНТ в ДМФА, а также образованию сетей мотивами QHB.Однако дисперсии паст супра-МУНТ и супра-ОСНТ были стабильны даже при добавлении до 10 об.% воды. Этот результат указывает на то, что небольшое количество воды не разрушает полностью множественные водородные связи; они также не оказывают отрицательного влияния на согласование параметров растворимости. Таким образом, к суспензии супра-МУНТ добавляли небольшое количество соляной кислоты (0,01 мас.% в ДМФ), что вызывало сильную агрегацию супра-МУНТ без осаждения даже при добавлении 1  мл HCl (0,00.01 мас.% в ДМФ) к 10 мл суспензии супра-МУНТ (500 мг л -1 ). Однако после высыхания на подложке супра-МУНТ агрегировали в центре из-за более сильных ван-дер-ваальсовых взаимодействий между супра-МУНТ в присутствии HCl, чем в присутствии воды. Более того, паста супра-МУНТ была нестабильной после добавления HCl и не пригодна для печати даже при нанесении покрытия на стержни (дополнительный рис. S5d).

Кроме того, мы нашли четкие доказательства того, что сети QHB значительно помогают в преодолении притяжения Ван-дер-Ваальса между материалами NC.Перед введением мотивов QHB мы сломали большие нанопластинки оксида графена (GO) с помощью высокоэнергетического рогового ультразвука (рис. 2d). Можно ожидать, что ограниченное количество групп карбоновой кислоты на большом краю GO будет распределено в маленьком GO, как показано на рис. 2d, поскольку обработка ультразвуком не может дополнительно ввести группы карбоновой кислоты. Поэтому небольшие ГО, состоящие из меньшего числа карбоксильных групп, не могут быть связаны друг с другом. Самое главное, мы обнаружили, что малый ВОГ не образует стабильных дисперсий в пасте (рис.2f) из-за отсутствия взаимосвязи через фрагменты QHB, как показано на рис. 2e, тогда как крупные пластинки супра-ГО, восстановленные гидразином (супра-ВОГ), образовывали хорошо диспергированную проводящую пасту, преодолевая ван-дер-ваальсовы взаимодействия между Нанолисты RGO, как показано на рис. 1. Поэтому мы считаем, что QHB между присоединенными фрагментами UHP стабилизируют концентрированную коллоидную дисперсию NC-материалов, преодолевая ван-дер-ваальсово взаимодействие между NC-материалами.

Электрические и структурные характеристики печатных супра-НК

Высокопроводящие НК-электроды привлекательны как для печатной электроники, так и для электрохимических применений. Поэтому мы измерили электропроводность напечатанных гибридных пленок супра-НК и супра-НК (рис. 3а). Электропроводность пленки супра-НМСНТ достигает 6000 См м -1 . Для дальнейшего улучшения электрических свойств пленки супра-LMWNT коммерчески доступные Ag NW использовались в качестве высокопроводящих одномерных (1D) сетевых агентов.Ранее 1D Ag NW использовались для электрической модификации двумерных (2D) графеновых пленок 23,24 . В нашем исследовании электропроводность пленки супра-LMWNT (рис. 3e) резко улучшилась с ~6000 до ~500000 См м -1 после гибридизации с ННК Ag (5 об.%) (рис. 3f). Более того, электропроводность пленки супра-ОУНТ (рис. 3g) была резко увеличена с ~ 22 000 до ~ 100 000 См  м -1 за счет добавления полимеризованного золя TiO 2 (рис.3h), что вызвало значительное легирование p-типа, что продемонстрировало значительный сдвиг (~10  см −1 ) полосы G в синюю полосу, наблюдаемый в спектре комбинационного рассеяния (рис. 3b) 25 . Примечательно, что гибридная пленка супра-ОСНТ/ВОГ (рис. 3k) показала высокую электропроводность ~25 000 См м -1 , что немного выше, чем у пленки супра-ОСНТ (~22 000 См м -1). ) и покрытие супра-ВГО (~20 000 См м -1 ) (рис. 3к). Эти электропроводности больше, чем (10 000 См м -1 ), указанные в литературе для процесса печати 3 .Независимо от процесса печати, электропроводность гибридной пленки SWCNT/RGO немного выше, чем у композитных пленок графен/проводящий полимер, полученных методом центрифугирования для применения в прозрачных электродах 26 . Электропроводность пленки супра-ОУНТ, легированной TiO 2 , соответствует проводимости прозрачной пленки ОУНТ, легированной F4TCNQ, которая была изготовлена ​​методом напыления с дисперсией ОУНТ в NMP (110 000 См м -1 ) 27 .

Рис. 3: Электрические и структурные характеристики супра-НК.

( a ) Электрическая проводимость пленок, изготовленных с помощью стержневого покрытия из коллоидной суспензии NC, стабилизированной сетками QHB, наряду с ранее опубликованными значениями для сверхдлинной гибридной пленки SWNT/ионной жидкости (IL)/фторированного каучука (FR) 3 для сравнения. ( b , c ) Рамановские спектры супра-МУНТ, пленки супра-ОСНТ и гибридной пленки супра-ОСНТ/TiO 2 λ EX =633 нм) ( b 90), и пленка супра-RGO (с λ EX = 532 нм) ( c ).Микрофотографии FESEM поверхностей или поперечных сечений отпечатанных пленок, приготовленных с использованием ( d ) супра-МУНТ (масштабная линейка, 5  мкм), ( e ) длинных супра-МУНТ (масштабная линейка, 10  мкм), ( f ) длинные супра-МУНТ/Ag ННК (95/5 об./об.) (масштабная линейка, 1  мкм), ( г ) супра-ОСНТ (масштабная линейка, 1  мкм), ( ч ) супра- ОУНТ/полиакрилонитрил (ПАН) (70/30 мас./мас.) (масштабная линейка, 500 нм), ( i ) супра-ОСНТ/TiO 2 золь (1/1 мас./мас.) (масштабная линейка, 500 нм ), ( j ) супра-RGO (масштабная линейка, 5  мкм) и ( k ) супра-SWNT/RGO (1/1 мас./мас.) (масштабная линейка, 1  мкм).МУНТ и ОУНТ связаны между собой мотивами QHB, как схематично показано на ( d ) и ( g ), образуя микрошарики и слоистую структуру соответственно.

Электропроводность сетчатых пленок УНТ в основном зависит от кристаллической структуры УНТ. Соотношение интенсивностей полос G и D-дефектов ( I D / I G ) в спектре КР связано с размерами углеродных кластеров sp 2 в УНТ и почти пропорционально дефектности. плотность 28 .Стоит отметить, что отношение D/G ОУНТ резко уменьшилось с 0,05 до 0,01, тогда как отношение МУНТ немного уменьшилось с 1,6 до 1,5 (рис. 3б). Это можно объяснить удалением аморфных углеродистых материалов и открытием торцевых крышек исходных ОСНТ в процессе формирования КГБ без образования дефектов на поверхности нанотрубок. Небольшое значение I D / I G супра-ОСНТ указывает на то, что группы QHB могут быть присоединены в основном к концам высококристаллических ОСНТ, а не к боковым стенкам.Увеличение органических остатков после реакции связывания было подтверждено термогравиметрическим анализом (дополнительный рис. S6). К МУНТ был присоединен больший процент мотивов QHB (увеличение на ~8%), чем к ОУНТ (увеличение на ~2 мас.%), потому что дефектные боковые стенки МУНТ, синтезированные методом химического осаждения из паровой фазы, более реакционноспособны, чем у синтезированных ОСНТ. дуговым разрядом при кислотной обработке 29,30 . Более того, очевидно, что низкая плотность мотивов QHB, прикрепленных к концам ОСНТ, синергетически влияет на дисперсию ОСНТ в ДМФА, чтобы преодолеть ван-дер-ваальсово взаимодействие между ОСНТ.В частности, нанопластинки супра-ВГО имели высокоинтенсивный ( I 2D / I G ~1,0), узкий (полная ширина на полувысоте ~55,9 см −1 ) двумерный полосовой пик (рис. 3c), предполагая, что он имеет более идеальную графитовую структуру, чем другие образцы RGO с высокой концентрацией дефектов (дополнительный рисунок S7) 31 . Небольшие отношения интенсивностей D’/G (0,417) и S3/2D (0,203) также демонстрируют образование высококачественных графеновых нанопластинок 32 .Эти результаты рамановских исследований подтверждают происхождение высокой электропроводности наших проводящих паст.

Чтобы сопоставить структурные характеристики супра-УНТ с морфологией микроструктур супра-УНТ, мы исследовали поверхность и поперечное сечение образцов супра-УНТ с помощью сканирующей электронной микроскопии. Супра-МУНТ показали взаимосвязанные собранные микрошаровые структуры (рис. 3d), которые ранее не наблюдались в функционализированных образцах МУНТ.В случае супра-LMWNT и супра-SWNT наблюдались 2D-собранные маты CNT (дополнительная рис. S8), которые были уложены в необычные слоистые структуры в пленке с покрытием (рис. 3e, g). Эта слоистая структура может способствовать относительно сильному сдвиговому утолщению паст супра-ОУНТ и супра-НМСНТ, что было похоже на поведение нанопластинок 2D супра-ВГО (рис. 2а). Такое поведение можно объяснить π–π-взаимодействиями между нефункционализированными боковыми стенками.Морфологические различия между супра-МУНТ и супра-ОСНТ являются результатом расположения мотивов QHB (желтые точки), как схематически показано на рис. 3e, f, поскольку дефектные поверхности МУНТ и концы ОСНТ легко функционализируются мягким кислотные обработки.

Электрохимическое применение печатных супер-НК пленок

Потенциальные энергетические применения печатных супра-НК-электродов были продемонстрированы с использованием однородно распределенного гибрида супра-ОСНТ/ВОГ (рис.3л) и пасты супра-МУНТ в качестве альтернативных электрохимических электродов в электрохимических конденсаторах и ДСК соответственно. Во-первых, гибридный электрод супра-ОСНТ/ВОГ использовался в электрохимических конденсаторах, которые накапливают энергию либо за счет адсорбции ионов (электрохимические двухслойные конденсаторы), либо за счет быстрых поверхностных окислительно-восстановительных реакций (псевдоконденсаторы). Кривые циклической вольтамперометрии (ЦВА), полученные при увеличении скорости сканирования от 10 до 1000 мВ с -1 в 1 М растворе H 2 SO 4 (рис.4а) показали, что устройства действовали как почти идеальные электрохимические конденсаторы 33,34,35 . Анализ ЦВА показал, что гибридный электрод супра-ОСНТ/ВОГ демонстрирует высокую удельную емкость ( C sp ) 217 F г −1 при 10 мВ с −1 , которая значительно сохранялась при 90,3% даже при чрезвычайно высокой скорости сканирования 1000 мВ с −1 ( C sp = 196 F g −1 ) (рис. 4b). Полученный спектр импеданса, показанный в виде графика Найквиста на рис.4в, имеет типичную дугу в высокочастотной области и всплеск в низкочастотной области. Примечательно, что график Найквиста показывает почти вертикальную линию на низких частотах, что указывает на высокую емкостную характеристику. Превосходная скорость и отличные емкостные характеристики гибридного электрода супра-ОСНТ/ВОГ могут быть объяснены эффективной окислительно-восстановительной реакцией на поверхности супра-ОСНТ/ВОГ с мотивами QHB и остаточными окислительными группами 36 , а также высокой электропроводностью ( ~25 000 См м -1 ) электрода супра-ОСНТ/ВОГ.Превосходный межфазный контакт, обеспечиваемый взаимодействиями π π между ОСНТ и графеновыми нанопластинками, способствует быстрому переносу электронов по всей матрице электрода.

Рис. 4: Электрохимические характеристики сверхнЦ материалов.

( a ) Циклические вольтамперограммы гибридных электродов супра-ОУНТ/ВОГ, напечатанных на Ti, полученные при различных скоростях сканирования в 1 M H 2 SO 4 электролите. ( b ) Удельная емкость ( C sp ) супра-ОСНТ / ВОГ и коммерческих электродов с активированным углем для сравнения в зависимости от увеличения скорости сканирования от 10 до 1000 мВ   с -1 .На вставке в ( b ) показано схематическое изображение поперечного сечения гибридного электрода супра-ОСНТ/ВОГ. ( c ) График электрохимического импеданса гибридного электрода супра-ОСНТ/ВОГ. Спектр снят в 1 M H 2 SO 4 в диапазоне частот от 100 кГц до 100 мГц. Эквивалентная схема Рэндлса, представляющая элементы схемы для графика Найквиста, показана на вставке. R S — растворное сопротивление, R 1 — сопротивление переносу ионного заряда, R 2 — сопротивление переносу электронов, C DL — двойной емкостной слой , C F — объемная фарадеевская псевдоемкость, а Z w — импеданс Варбурга, контролируемый диффузией.( d ) Схематическое изображение DSC, в котором трафаретный рисунок супра-МУНТ на стекле FTO, используемом в качестве катода, показан как реальное изображение SEM сбоку. Масштабная линейка, 5  мкм. Фотоизображение показывает реальное изображение электрода из супра-МУНТ, напечатанного методом трафаретной печати. ( e ) RCT на границе раздела между материалом катода на основе супра-МУНТ и электролитом. ( f ) Сравнение кривых J-V для противоэлектродов Pt и супра-МУНТ в ДСК.

Для дальнейшего изучения характеристик наших супра-НК-пленок в качестве электрохимических электродов в ДСК применялись электроды из супра-МУНТ, напечатанные трафаретной печатью на подложке из легированного фтором оксида олова (FTO) (рис.4г). Альтернативный катод на основе супра-МУНТ обеспечил улучшение фотоэлектрических характеристик, аналогичное тому, которое обеспечивается обычными наночастицами Pt (рис. 4f; дополнительная таблица S1). Сопротивление переносу заряда (RCT) на границе между материалом катода супра-МУНТ и электролитом можно приблизительно оценить из эквивалентной электрической схемы (рис. 4e) 37 . Электроды на основе супра-МУНТ показали два характерных пика: один на высокой частоте выше 10 кГц ( Z сеть или Z пора ) 38 и один в среднечастотном диапазоне около 10 Гц ( Z NC ).Последнее в основном было связано с электрохимическими характеристиками электродов. RCT (3,15 см 2 ), полученное из Z NC поверхности супра-МУНТ, было немного выше, чем (2,37 см 2 ), полученное из импеданса на платиновом электроде ( Z ). Основываясь на ранее предложенном значении RCT = 2–3 Ом см 2 , этот результат указывает на то, что электрод из супра-МУНТ функционировал как хороший катод и позволял эффективно восстанавливать I 3– до I в ДСК 39 .

Реологические свойства цементных паст с многостенными углеродными нанотрубками

Оценка реологических свойств цементных систем становится все более актуальной в связи с растущим интересом к самоуплотняющимся бетонам (СУБ), высокоэффективным бетонам (ВББ) и сверхвысокоэффективным бетонам ( УХПК). Реологические модели являются перспективным инструментом для прогнозирования и управления свойствами цементных систем в свежем и затвердевшем состоянии. Текущие исследования сосредоточены на реологических испытаниях цементных систем, модифицированных дисперсией многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) с поликарбоксилатным эфиром (ПХЭ) и без него.Содержание дисперсии с 1%-ной концентрацией МУНТ в цементных смесях варьировалось от 0,125 до 0,5% от массы цемента. Дозировка ПХЭ была принята равной 0,6% от массы цемента. Цементные массы готовили на основе портландцемента без минеральных добавок. Реологические испытания проводили через 5, 30, 60 и 120 мин после затворения цементного теста. Реологическими испытаниями установлено, что модификация цементных паст дисперсией МУНТ в дозе 0,25 % приводит к снижению предела текучести в 30 раз.7% и увеличение пластической вязкости на 29,6%. Комбинированное модифицирование ПХЭ и дисперсией МУНТ показывает снижение пластической вязкости цементных паст на 9,90 % при дозировке МУНТ, равной 0,5 % от массы цемента, снижение водопотребности на 20 % при той же удобоукладываемости и снижение предела текучести. до 0 Па, что дает возможность получать самоуплотняющиеся смеси. Цементные пасты с дисперсией МУНТ и без нее проявляли утончение при сдвиге в течение 120  мин после смешивания. Модификация цементных паст с помощью ПХЭ с дисперсией МУНТ и без нее показала сдвиговое загущение, которое сохраняется в течение 120 мин после смешивания.

1. Введение

Применение реологических моделей, основанных на основных реологических параметрах, таких как вязкость, напряжение сдвига и тиксотропия, может обеспечить возможность прогнозирования свойств проектируемого бетона с относительно высокой точностью. Эта тема становится все более актуальной в связи с ростом интереса к разработке самоуплотняющихся бетонов (СУБ), высокопрочных бетонов (СББ) и сверхвысоких характеристик бетонов (СВББ), новых технологий бетонных работ и новых областей применения бетона [1]. –3].Некоторыми исследователями предпринимаются попытки вывести корреляцию между фундаментальными реологическими параметрами и удобоукладываемостью свежего бетона, такими как оценка текучести, растекаемости, прокачиваемости, подвижности и некоторых других, которые определяются стандартными методами [4, 5].

Дилатансия, наблюдаемая в бетонных смесях, является важным явлением при их транспортировке насосами. Исследователи исследуют дилатантное поведение бетонных смесей и объясняют его появление увеличением объема системы под действием напряжения сдвига при течении [6].

Следует отметить, что реологические параметры обычно определяют для цементных растворов и паст. Бетон – многокомпонентный материал; поэтому оценка реологических свойств бетона требует соответствующего соотношения с цементными пастами. Исследование в ссылке [7] обеспечивает хорошую корреляцию между раствором и свежим самоуплотняющимся бетоном в зависимости от времени и температуры, основанную на предположении, что раствор и бетон описываются как жидкости Бингама.Свойства мелкого [8] и крупного заполнителя [9] необходимо учитывать с целью прогнозирования реологических свойств бетонных смесей.

Реология дает возможность прогнозировать и управлять свойствами свежего бетона и раствора, влиянием на кинетику гидратации, производительность и долговечность цементных композитов [10–12]. Например, Kwasny et al. Установлено, что увеличение значения предела текучести приводит к увеличению общего содержания поверхностных воздушных пустот в отделке поверхности цементных растворов [12].

На реологические параметры бетона влияет ряд факторов, таких как химический состав и крупность цемента, гранулометрический состав и геометрические параметры твердых компонентов [13–15]; свойства наполнителя [16, 17]; водоцементное отношение [18], гидратация цемента, температура и влажность [19, 20]; параметры смешения, используемое оборудование для измерения реологических свойств [21, 22]; Реологические параметры бетона зависят от химического состава и крупности цемента, гранулометрического состава и геометрических параметров твердых компонентов [13–15], свойств заполнителя [16, 17], водоцементного отношения [18], гидратации цемента, температуры. и влажности [19, 20], параметров смешения и используемого оборудования для реологических испытаний [21, 22], свойств минеральных и химических добавок [23–26].

Влияние минеральных и химических добавок на реологию свежих бетонов и растворов позволяет выяснить механизмы их действия и сделать выводы об их эффективности в цементных системах. Понимание механизма действия добавок необходимо для разработки бетонов нового поколения.

Среди минеральных добавок для модифицирования цементных композитов более широко используются микрокремнезем, метакаолин, гранулированный доменный шлак, зола-уноса.Часто их применяют в качестве заменителя портландцемента. Годдуси и др. изучено влияние плотности упаковки микрокремнезема, метакаолина и малоактивного доменного шлака на реологические свойства самоуплотняющегося бетона. Они установили оптимальную плотность упаковки около 0,804 для улучшения реологических свойств [27].

Dauksys et al. [6] исследовали дилатансию цементного теста при замене цементной массы микрокремнеземом. Авторами установлено, что замена 9 % микрокремнезема приводит к изменению объема цементного теста от 1.22% до 0% и снижение дилатансии.

В работе [28] показано, что метакаолин при замене 20% цемента увеличивает вязкость смеси за счет высокой удельной поверхности и неправильной или пластинчатой ​​формы частиц метакаолина.

Пластифицирующие добавки, как разновидность химических добавок, диспергируют частицы цемента и улучшают удобоукладываемость бетона. Лучшего пластифицирующего эффекта можно достичь при увеличении дзета-потенциала и снижении поверхностного натяжения и стерического эффекта, что определяется молекулярными параметрами мономеров [29].Ряд исследований посвящен изучению влияния пластифицирующих добавок на реологические свойства цементных систем [30, 31]. М.-Х. Чжан и др. сравнили влияние трех типов пластификаторов, таких как лигносульфонат, поликарбоксилат и полинафталин, на потерю удобоукладываемости цементных паст. Они установили, что предел текучести и эффективная вязкость ниже для поликарбоксилатных и полинафталиновых суперпластификаторов по сравнению с лигносульфонатом при 30 мин [32].Поликарбоксилатные эфирные пластификаторы чаще используются в связи с их механизмом действия в цементных системах. Снижение предела текучести в цементных системах поликарбоксилатных пластификаторов обусловлено стерическим эффектом механизма действия. В то же время увеличение вязкости обусловлено полимерными цепями поликарбоксилатного пластификатора в растворе, что приводит к образованию кластеров [33].

Развитие нанотехнологий способствует повышению интереса к модификации цементных композитов различными типами наноструктур.Несмотря на отличные свойства наноструктур и улучшение характеристик цементных композитов за счет модификации наноструктур в малых дозах, их применение в строительной практике ограничено. Ограниченность их применения объясняется протекающими при хранении процессами коагуляции в связи с большими ван-дер-ваальсовыми силами наночастиц и наноструктур. Механизм действия наночастиц, в целом неясный, требует дальнейших исследований.Изучение реологического поведения цементных систем, модифицированных наноструктурами, может способствовать пониманию механизма этого действия и прогнозированию свойств цементных композитов в отвержденном состоянии [34–36].

Авторы исследований [37–39] выявили снижение удобоукладываемости и увеличение вязкости цементных паст из-за модификации добавками все более мелкого размера, такими как нанокремнезем. Они подчеркнули важность установления оптимальной дозировки наночастиц и наблюдения за возможностью компенсировать негативное влияние на удобоукладываемость применением других добавок, таких как микрокремнезем, летучая зола или суперпластификаторы.Исследователи [39] установили, что оптимальная дозировка нанокремнезема должна быть менее 2% для достижения хорошей удобоукладываемости свежего раствора. В исследовании [40] показано увеличение предела текучести и вязкости цементных паст, модифицированных нанолистами оксида графена.

Огромный интерес исследователей вызывает модификация цементных композитов углеродными нанотрубками (УНТ) различных типов. В большинстве случаев УНТ вводят в цементные системы в виде дисперсии. Диспергатор, тип гомогенизатора и его интенсивность являются решающими факторами при приготовлении дисперсии УНТ.В работе [41] показано снижение текучести свежей смеси, модифицированной УНТ. Авторы исследований [41–43] подчеркивают необходимость изучения влияния диспергатора в сочетании с УНТ при оценке реологических свойств цементных систем. Авторы исследования [44] выявили зависимость между энергией ультразвука, используемой при приготовлении дисперсии УНТ, и удобоукладываемостью наномодифицированного цементного камня. Следует учитывать, что реологические свойства наномодифицированных цементных систем могут изменяться при изменении вяжущей системы.В работе [45] показано увеличение пластической вязкости и предела текучести в цементном растворе, модифицированном УНТ, и их снижение в зольно-шлаково-цементном растворе.

Настоящая работа посвящена гомогенизации дисперсии многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), методам оценки качества дисперсии и исследованию реологических свойств наномодифицированного цементного камня с добавлением и без поликарбоксилатного эфира.

2. Экспериментальная программа
2.1. Сырье

В качестве вяжущего использовали портландцемент без минеральных добавок CEM I 42.5 R, соответствующий EN 197-1. Минеральный и химический состав цемента представлен в таблице 1.



Компонент

Силикат трикалика (C 3 S ) 57,9
Двухкальциевый силикат (C 2 S) 15.6
трехкальциевого алюмината (С 3 А) 7,5
тетракальцийфосфат aluminoferrite (С 4 АФ) 11,9
Аль 2 О 3 5,23
Fe 2 О 3 3,44
SiO 2 20,63
СаО 63,56
MgO 3,13
SO 3 0.78
К 2 О 1,15
Na 2 О 0,10
Cl 0,007
СаО свободный 1,4

Физические и механические свойства цемента перечислены в таблице 2.



имущества Value

2- Дня компрессивная сила (MPA) 28 ± 2
28-дневная прочность на сжатие (MPA) 55 ± 3
начальная настройка Время (мин) 180
Окончательное время установки ) 225
Объемная стабильность (мм) 1.0
Расход воды (%) 26.6 26.6
Остаток на 90 μ M Сита (%) 1.5
Удельная поверхность (см 2 / г) 4000

Кривая распределения цемента по размерам, полученная с помощью CILAS 1090, представлена ​​на рисунке 1. Принцип работы CILAS 1090 основан на лазерной дифракции лучей.Диапазон измеряемых частиц составляет от 0,04 до 2500  мкм мкм. Основное содержание частиц цемента составляет от 1 до 80  мкм мкм. Крупность цемента, измеренная по методике испытаний по Блейну, достигает значения удельной поверхности 4000 см 2 /г, а среднее значение размера частиц цемента составляет 14,28  мкм мкм.


Питьевая вода согласно EN 1008 использовалась для приготовления цементных паст. Поликарбоксилатный эфир типа МПЭГ (ПКЭ), используемый в качестве пластифицирующей добавки для бетона, с удельным весом 1.В исследованиях применяли 100 г/см 3 , рН до 5 при 20°С и содержание сухого вещества 50,5%.

Дисперсию МУНТ готовили из маточной смеси «Graphistrength CW 2-45» производства фирмы «Аркема» (Франция). Маточная смесь содержит 45 масс.% МУНТ и 55 масс.% карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). МУНТ характеризовались длиной филамента 0,1–10  мкм м и диаметром 15–20 нм. Концентрация «Graphistrength CW 2-45» в дисперсии равнялась 1.0%.

2.2. Дисперсия МУНТ и ее характеристика

Дисперсию МУНТ ( D ) готовили следующим образом. Маточную смесь «Graphistrength CW 2-45» погружали в горячую воду с температурой около 75°С и перемешивали стандартным перемешиванием миксера со скоростью около 1000 об/мин в течение 15 мин. Затем дисперсию подвергали ультразвуковой обработке в течение 6 мин. Обработку ультразвуком проводили с помощью ультразвукового гомогенизатора Bandelin Sonopuls HD 3400 (400 Вт, 20 кГц) с датчиком VS 200 T (Ø 25 мм, амплитуда -82   мкм м).

Приготовленная дисперсия МУНТ была охарактеризована с помощью тестов pH, электропроводности, измерений дзета-потенциала и анализа размера частиц. Дальнейшие измерения были выполнены для раствора PCE с МУНТ и без него. Определение pH проводили с помощью pH-метра Mettler-Toledo EL20 с пределами погрешности ±0,01 pH. Использовался электрод с гелевым электролитом. Электропроводность измеряли с помощью Mettler-Toledo EL30. Диапазон его измерений составляет от 0,1 до 199,1 мСм/см с пределами погрешности ±0.5%. Применялся электрод для средней и высокой проводимости (10  µ См/см, … , 500 мСм/см). Измерения дзета-потенциала проводили на электроакустическом спектрометре DT-300 (Dispersion Technology Inc.) в водном растворе с рН 4,9–8,7 при температуре 20°С. Анализ размера частиц разбавленной дисперсии МУНТ в водной среде и индекс полидисперсности определяли с использованием анализатора размера частиц и дзета-потенциала DelsaNano C, Beckman Coulter. Разрешение измерений ставится от 0.от 6 нм до 7  мкм м. Для каждого образца проводили три измерения и рассчитывали средний диаметр частиц.

2.3. Подготовка цементных паст и реологических испытаний

Композиции проверенных цементных паст представлены в таблице 3.


+

образцы цемент (кг) воды (кг) с C Соотношение PCE (кг) PCE (кг) MWCNT (кг) MWCNT Дисперсия (кг)

D0 935 281 0.30 0 0 0
D1 935 279 0,30 0 0,01 1,17
D2 935 278 0,30 0 0,02 2,34
D3 935 276 0,30 0 0,05 4,68
P 935 219 0.24 5,61 0 0
PD1 935 218 0,24 5,61 0,01 1,17
PD2 935 217 0,24 5,61 0,02 2,34
PD3 935 214 0,24 5,61 0,05 4,68

МСУНТ дисперсию растворяют в питьевой воде.В цемент добавляли воду вместе с дисперсией МУНТ и перемешивали цементное тесто в течение 180 с на высокой скорости с помощью миксера. Реологические свойства цементных паст проверяли в разные периоды времени после замеса пасты: 5, 30, 60 и 120 мин. Испытания на реологию проводили при температуре 20 ± 2°С.

Для реологических испытаний использовали ротационный реометр Rheotest RN 4.1 с коаксиальными цилиндрами. Схема цилиндро-измерительной системы реометра представлена ​​на рисунке 2.Собранный мерный стакан (1) с муфтой заливают цементным тестом (3) и закрепляют в штативе. Вращающийся цилиндрический ротор (2) помещается внутрь мерного стакана (1) с зазором между ними около 1,5 мм и вращается во время испытания. Собственное трение слоев цементного теста происходит между мерным стаканом (1) и ротором цилиндра (2). Данные испытаний записываются, когда ротор вращающегося цилиндра совершает оборот за счет его соединения с измерительной шкалой. Применяемый реометр позволяет проводить испытания цементных масс в различных режимах.


Режим скорости сдвига, описанный графиком на рисунке 3, использовался в текущих экспериментах. Скорость сдвига варьировалась от 100,0 с -1 до 0,1 с -1 во время испытаний. Цементные массы после перемешивания между испытаниями помещали в пластиковые контейнеры и переносили в лабораторных условиях при температуре 20 ± 2°С и относительной влажности не менее 65%. Цементные массы перед реологическими испытаниями предварительно перемешивали вручную металлической ложкой в ​​течение 1 мин.


Предел текучести ( t 0 ) и пластическая вязкость ( µ пл. ) определяли в ходе линейной аппроксимации кривых течения (зависимости между напряжением сдвига ( τ ) и скоростью сдвига ( γ ) в диапазоне от 0,1 до 100 с −1 на основе модели Бингама. Модель Бингема является более широко используемой моделью для описания текучести цементных систем, которая выражается следующим уравнением: где τ , напряжение сдвига, Па, t 0 , предел текучести цементного теста, Па; µ pl , пластическая вязкость цементного теста, Па·с, γ , скорость сдвига, с −1 .

Однако в некоторых случаях для описания цементных паст с нелинейным характером течения требуется модифицированная форма модели Бингама или модели Гершеля-Балкли. В ходе исследований наблюдалась нелинейность кривых текучести цементных паст. Появление нелинейного характера кривых течения связано со сдвигоутончающим или сдвигоутолщающим эффектом, который в ряде случаев присущ цементным тестам, особенно модифицированным различными видами химических добавок [46].

В ходе настоящего исследования была предпринята попытка оценить эффект сдвигового утончения (утолщения при сдвиге). С помощью традиционной модели Бингама в диапазонах скоростей сдвига 20–20–20 определяли сдвигоутончающие (загущающие) эффекты цементных паст, как свойство цементной пасты снижать (увеличивать) пластическую вязкость с ростом напряжения сдвига. 40  с −1 и 80–100  с −1 . В этих диапазонах были аппроксимированы экспериментальные кривые течения и получены значения вязкости.Уравнение (2) было выведено для расчета величины эффектов разжижения (утолщения сдвига) в заданном диапазоне скоростей сдвига следующим образом: –40 с −1 (Па·с) и µ пл,80–100 , пластическая вязкость цементного теста в интервале 80–100 с –1 (Па·с).

3. Результаты и обсуждение
3.1. Исследование стабильности дисперсии МУНТ

Результаты измерений рН, электропроводности, дзета-потенциала водного раствора ПХЭ, водной дисперсии МУНТ и их смесей представлены в таблице 4.

-2,72 0,344

Свойство Поликарбоксилатный эфир МСУНТ дисперсии Поликарбоксилатный эфир + МСУНТ дисперсия

рН 5,00 8,67 4,91
Электропроводность (мСм/см) 3,12 3,32 3,55
Средний диаметр (нм) 31.5 397,4 354,7
Дзета-потенциал (мВ) 1,79 -14,51
индекс полидисперсности 0,186 0,197

Добавление ФХЭ в дисперсию МУНТ приводило к снижению уровня рН системы. При этом электропроводность смеси дисперсии ПХЭ и МУНТ несколько выше по сравнению с отдельными компонентами.Эти изменения могут быть связаны с химическим составом ПХЭ и физическим взаимодействием между молекулами пластификатора и МУНТ.

Больше внимания следует уделить измерениям дзета-потенциала дисперсии МУНТ с пластификаторами и без них. Дзета-потенциал представлен на границе адсорбционного и диффузного слоев. Определение дзета-потенциала является более простым и достаточно точным методом прогнозирования стабильности коллоидных систем. Коллоидные системы более стабильны с более высоким дзета-потенциалом.

На рис. 4 представлена ​​схема появления дзета-потенциала на поверхности МУНТ. МУНТ и агломераты МУНТ могут иметь на поверхности слой потенциалопределяющих ионов в связи с их малыми размерами. Ионы, определяющие потенциал, образуют адсорбционный слой, вокруг которого находится диффузионный слой.


В ходе настоящего исследования дзета-потенциалы составили до 1,79 мВ, -14,51 мВ, -2,72 мВ соответственно для ПХЭ, дисперсий МУНТ без и с ПХЭ.Более высокое значение дзета-потенциала в дисперсии МУНТ по сравнению с ПХЭ и смесью с ПХЭ и МУНТ можно объяснить большой удельной поверхностью частиц МУНТ и большой величиной адсорбции молекул жидкой фазы (рис. 4). Дисперсия МУНТ с дзета-потенциалом, равным -14,51, достаточно стабильна; однако добавление PCE приводит к уменьшению дзета-потенциала и снижению стабильности МУНТ, воды и системы PCE.

Кроме того, для заключения о качестве дисперсии необходим гранулометрический анализ дисперсии.В ходе настоящего исследования был проведен гранулометрический анализ, протестированный с помощью электроакустического спектрометра, раствора ПХЭ, дисперсии МУНТ и их смеси. Результаты гранулометрического анализа представлены на рис. 5.


Гранулометрический анализ раствора ПХЭ показал, что размер производных в образце колеблется от 3 до 65 нм, а средний диаметр полимерных частиц составляет около 31,5 нм. . Размер частиц дисперсии МУНТ варьировался от 119 до 1070 нм при среднем размере до 397.4 нм. Смесь ПХЭ и дисперсии МУНТ была получена в виде образца с распределением частиц по размерам, аналогичным таковому для дисперсии МУНТ. При этом характерные пики для ПХЭ не проявлялись, и было получено небольшое содержание частиц с размерами до 5 нм. Наличие модифицированных частиц в диапазоне от 138 до 1000 нм со средним диаметром частиц до 354,7 нм обусловлено взаимодействием молекул ФХЭ и МУНТ в смеси. Индекс полидисперсности представляет собой отклонение размера частиц в дисперсии от среднего значения.Добавление дисперсии МУНТ к ПХЭ снижает показатель полидисперсности с 0,344 до 0,197, что указывает на лучшее распределение частиц (табл. 4). Измерения дзета-потенциала и анализ размера частиц показали, что дисперсия МУНТ без введения ПХЭ обладает лучшей стабильностью с дзета-потенциалом до -14,51 и средним диаметром частиц 397,4 нм. Применяемый PCE снижает значение дзета-потенциала до -2,72 и снижает стабильность системы. Исследования по модификации PCE могут способствовать созданию более стабильной системы.

3.2. Текучесть наномодифицированных цементных паст с PCE

и без нее На рисунках 6 и 7 представлены характеристики текучести наномодифицированных цементных паст при различных дозировках дисперсии МУНТ через 5 и 120 мин после смешивания соответственно. Уравнения кривых течения по модели Бингама записываются рядом с соответствующими кривыми. Значения пластической вязкости и стресса урожая после 5 и 120 мин смешивания на основе экспериментальных уравнений представлены в таблице 5.





Дозировка дисперсии MWCNT (%) После 5 минут после 120 мин
Стресс доходности (PA) Пластиковая вязкость, (PA · S) Стресс доходности (PA) Пластиковая вязкость (PA · S)

0 13.90 1,433 12,22 2,507
0,125 11,71 1,569 5,934 2,568
0,25 11,05 1,707 10,76 2,561
0,5 9.636 1.857 10.95 10.95 2,536 2,536

Уравнения цементных паст поведение потока в соответствии с моделью BINGHAM были получены и представлены на рисунке 6 вместе с кривыми потока пасты с различными дозы дисперсии МУНТ.Определены значения предела текучести и пластической вязкости цементных паст с различными дозировками МУНТ через 5 и 120 мин после затворения, которые представлены в табл. 5.

Введение дисперсии МУНТ изменяет текучесть цементных паст. Увеличение напряжения сдвига и пластической вязкости наномодифицированных цементных паст наблюдается на рис. 6 в диапазоне скоростей сдвига от 0,1 до 100 с −1 через 5 мин после затворения. Максимальное увеличение напряжения сдвига выявлено для цементного теста, модифицированного дисперсией МУНТ в дозе 0.25% от массы цемента.

Поведение при сдвиге имеет место при модификации цементного теста дисперсией МУНТ. В то же время, как видно из рисунка 7, напряжение сдвига и пластическая вязкость не изменились для наномодифицированных цементных масс в диапазоне скоростей сдвига от 0,1 до 100 с −1 после 120 мин перемешивания. Другими словами, пластифицирующее действие дисперсии МУНТ не сохраняется во времени из-за физико-химических процессов в цементном тесте.

На рис. 8 и 9 представлены характеристики текучести наномодифицированных цементных паст с ПХЭ в различных дозировках в диапазоне от 0,125 до 0,5 % от массы цемента через 5 и 120 мин после затворения соответственно. Уравнения кривых течения по модели Бингама записываются рядом с соответствующими кривыми. Значения пластической вязкости и предела текучести после 5 и 120 мин перемешивания по уравнениям экспериментов для цементных паст с ПХЭ без и с дисперсией МУНТ представлены в табл. 6.





(%) Через 5 мин Через 120 мин
Доходность Стресс (PA) Пластическая вязкость, PA · S) Стресс доходности (PA) пластическая вязкость (PA · S)

PCE 0 2112 0 2217
PCE + 0.125 0 1,991 0 2,039
PCE + 0,25 0 2,051 0 2,311
PCE + 0,5 0 1,903 0 2,160

Пластическая вязкость цементных паст, модифицированных ПХЭ и дисперсией МУНТ, после 5 мин перемешивания незначительно снижается по сравнению с образцом, модифицированным только ПХЭ.Наномодифицированные цементные массы с ПХЭ демонстрируют сдвигово-загущающий характер течения. Как видно на рис. 9, пластифицирующий эффект сохраняется на одном уровне в течение 120 мин после затворения цементных масс.

Таким образом, модификация цементных паст дисперсией МУНТ демонстрирует разжижение при сдвиге и пластифицирующий эффект после 5 мин перемешивания, который исчезает через 120 мин.

Цементные пасты, модифицированные дисперсией МУНТ с ПХЭ, обладают свойством загущения при сдвиге и сохраняют пластифицирующий эффект в течение 120 мин.

3.3. Пластическая вязкость и предел текучести наномодифицированных цементных паст с ПХЭ

и без него На основе линейной аппроксимации и обработки экспериментальных кривых течения по модели Бингама получены размерности предела текучести и пластической вязкости. Изменение предела текучести и пластической вязкости рассчитывали на основании данных, представленных в таблицах 5 и 6.

На рис. 10 представлено изменение предела текучести и пластической вязкости наномодифицированного цементного теста в сравнении с эталонным образцом без диспергирования МУНТ через 5 мин. смешения.Предел текучести наномодифицированных цементных паст снижается в пределах от 15 до 30 % по сравнению с эталонным образцом без добавки. Максимальное снижение предела текучести на 30,7 % наблюдается для цементного теста, модифицированного дисперсией МУНТ в дозе 0,25 % от массы цемента.


Увеличение пластической вязкости в диапазоне от 9 до 30% для наномодифицированных цементных масс по сравнению с эталонным образцом. Максимальное увеличение пластической вязкости на 29,59 % установлено для цементных масс с дисперсией МУНТ в дозировке 0.25% от массы цемента.

Данные по изменению предела текучести и пластической вязкости цементных паст, модифицированных дисперсией МУНТ и ПХЭ, представлены на рисунке 11. Использование ПХЭ с дисперсией МУНТ и без нее приводит к снижению предела текучести модифицированных цементных паст до 0 Па.


Вязкость наномодифицированных цементных паст с ПХЭ снижается в пределах от 2 до 9% по сравнению с эталонными образцами, модифицированными только ПХЭ. Максимальное снижение пластической вязкости на 9.90 % выявлено для цементного теста с дисперсией ПХЭ и МУНТ в дозировке 0,5 % от массы цемента.

Результаты, представленные на рисунках 12 и 13, описывают изменения пластической вязкости во время испытаний.



Пластическая вязкость цементных паст, испытанных через 120 мин, увеличивается примерно в 1,5 раза для всех образцов по сравнению с вязкостью цементных паст, испытанных через 5 мин.

Пластическая вязкость цементных паст, модифицированных ПХЭ в сочетании с дисперсией МУНТ, остается неизменной в течение 120 мин времени выдержки (рис. 13).

Таким образом, модификация цементных паст дисперсией МУНТ приводит к увеличению вязкости и снижению предела текучести для цементных паст, испытанных через 5 мин. Повышения вязкости цементных паст, испытанных через 120 мин, не наблюдалось.

Модификация цементных паст ПХЭ с дисперсией МУНТ и без нее показала снижение предела текучести до 0 Па и снижение пластической вязкости. Пластифицирующий эффект сохраняется в течение 120 мин.

3.4. Разбавление при сдвиге и загущение при сдвиге наномодифицированных цементных паст

Эталонная цементная паста и цементные пасты, модифицированные различными дозировками дисперсии МУНТ, демонстрируют поведение при сдвиге истончение (рис. 14), которое сохраняется в течение 120  мин продолжительности перемешивания.Максимальное проявление сдвиговой утонченности на 20,9 % установлено для цементного теста, модифицированного 0,25 % дисперсии МУНТ от массы цемента, после 120 мин перемешивания.


Введение PCE изменяет поведение цементных паст в отношении разжижения при сдвиге на их загущение при сдвиге. Свойства загущения при сдвиге сохраняются в течение 120 минут перемешивания.

Как видно из рисунка 15, эффект загущения при сдвиге для PCE составил 58,7% и 76,5% после перемешивания в течение 5 и 120 минут соответственно.Для технологии бетона необходимо снижение эффекта сгущения при сдвиге. Добавление дисперсии МУНТ к ПХЭ позволяет снизить эффект сгущения при сдвиге. Оптимальные результаты получены для цементного теста с дисперсией ПХЭ и МУНТ в дозировке 0,5 % от массы цемента. Эффект сгущения при сдвиге уменьшился на 18,1% и 3,8% в течение 5 и 120 мин после затворения соответственно по сравнению с цементным тестом с ПХЭ.


Таким образом, цементные пасты с дисперсией МУНТ и без нее продемонстрировали свойства разжижения при сдвиге; однако было замечено, что дисперсия МУНТ не оказывает существенного влияния на проявление этого поведения.Истончение при сдвиге сохраняется в течение 120 минут испытаний. Применение ПХЭ приводит к сдвиговому загущению цементного теста, которое сохраняется в течение 120 мин после смешивания. Введение МУНТ позволяет снизить эффект сдвигового утолщения.

3.5. Механизм взаимодействия частиц и его влияние на реологию цементного теста

Реологические параметры цементного теста определяются параметрами твердых частиц и их взаимодействием в смеси.Попытки найти зависимость между реологическими параметрами и взаимодействием частиц предпринимались в некоторых реологических моделях. Например, модель Йоделя вводит параметр межчастичных сил, который зависит от сил притяжения Ван-дер-Ваальса и электростатических и стерических взаимодействий [47, 48].

Следует отметить, что взаимодействие между частицами цемента также определяется водоцементным отношением. В ходе текущих исследований применялись цементные массы с водоцементным отношением, равным 0.30 прошли испытания; введение ПХЭ в дозе 0,6 % от массы цемента привело к снижению водоцементного отношения с 0,3 до 0,24 при той же консистенции цементного теста. Уменьшение количества воды в цементном тесте приводит к уменьшению промежутков между зернами цемента и увеличению сдвиго-загущающего эффекта в цементном тесте. Применение пластификатора позволяет получить цементные пасты одинаковой консистенции, уменьшить жидкую фазу и добиться малого расстояния между частицами цемента.Механизмы взаимодействия между частицами цемента в различных условиях представлены на рис. 16.

Как показано в разделе 3.4, цементные пасты при механическом воздействии могут проявлять свойства разжижения и сгущения при сдвиге. На рис. 17 представлена ​​схема текучести цементного камня без ПХЭ, с ПХЭ и с комбинированной добавкой дисперсии МУНТ и ПХЭ. Важную роль и в этом случае играют свойства частиц и силы взаимодействия между ними.

Модификация цементных паст ПХЭ приводит к снижению предела текучести и пластической вязкости, которые объясняются электростатическими и стерическими силами в цементном тесте.

Цементные пасты с дисперсией МУНТ, подвергнутые механическому воздействию, показали сдвигоутончающий эффект, что можно объяснить изменением объемного распределения частиц цемента и увеличением пространства между ними.

Введение дисперсии МУНТ в цементную систему с ПХЭ несколько увеличивает пластифицирующий эффект.Этот факт можно объяснить стерическим эффектом и увеличением толщины жидкой фазы между слоями цементного теста.

Цементные пасты, модифицированные ПХЭ с дисперсией МУНТ и без нее, продемонстрировали загустевание при сдвиге, что связано с уменьшением толщины жидкой фазы между слоями в цементной пасте (рис. 17(в)).

Требуются дальнейшие исследования и формирование реологических моделей в зависимости от свойств частиц и их взаимодействия.Применение пластификаторов имеет большие перспективы в управлении реологическими свойствами цементных растворов с наночастицами и без них.

4. Выводы

В ходе исследования сделаны следующие выводы:(1) В ходе исследования получена дисперсия МУНТ для модификации цементных паст со средним диаметром частиц до 397 нм и дзета-потенциалом до −14,5. . В качестве оптимальных параметров гомогенизации нанодисперсии были установлены продолжительность обработки ультразвуком около 6 мин и мощность, равная 400 Вт.(2) Снижение дзета-потенциала с -14,5 до -2,72 и снижение стабильности были получены при добавлении PCE к дисперсии MWCNT. Модификация ПХЭ может способствовать получению более стабильной системы. (3) Модификация цементных паст дисперсией МУНТ продемонстрировала пластифицирующий эффект для цементных паст, испытанных через 5 минут после смешивания, который не сохранялся после 120 минут смешивания. Модификация цементных паст ПХЭ с дисперсией МУНТ и без нее приводит к сохранению пластифицирующего эффекта в течение 120 мин после затворения.(4) Модификация цементных паст дисперсией МУНТ позволяет снизить предел текучести. Максимальное снижение предела текучести на 30,7 % наблюдается у цементного теста, модифицированного дисперсией МУНТ в дозировке 0,25 % от массы цемента.

Комплексное применение ПХЭ и дисперсии МУНТ снижает водопотребность на 20 % и снижает предел текучести до 0 Па.(5) Максимальное увеличение пластической вязкости на 29,59 % установлено для цементных паст с добавкой дисперсии МУНТ в дозировке 0.25% по весу цемента после 5 минутного перемешивания. Разница в пластической вязкости не является существенной для всех цементных паст с различным содержанием МУНТ, испытанных через 120 мин после затворения. Пластическая вязкость наномодифицированных цементных паст, испытанных через 120 мин, увеличивается примерно в 1,5 раза для всех образцов по сравнению с вязкостью цементных паст, испытанных через 5 мин после смешивания. остается в течение 120 минут после смешивания.Эффект снижения сдвига на 21% был установлен для цементного теста, модифицированного 0,25% дисперсии МУНТ от массы цемента. MWCNT незначительно влияет на разжижение при сдвиге цементных паст по сравнению с цементным тестом без MWCNT. (7) Добавление PCE изменяет поведение цементных паст при разжижении при сдвиге на загущение при сдвиге, которое сохраняется через 120 минут после смешивания. Добавление дисперсии МУНТ к ПХЭ позволяет снизить эффект сгущения при сдвиге. Оптимальные результаты были получены для цементного теста с дисперсией ПХЭ и МУНТ в дозировке 0.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.