ฟองไนเคิลเป็นโครงสร้างโลหะโปรกแบบเปิดเซลล์สามมิติ ที่มีลักษณะเป็นโปรกภาพสูงมาก (โดยทั่วไป 90 ٪ 98%) ความหนาแน่นขนาดเล็ก (0.15 ٪ 0.45 กรัม/ซม.3 (เพียงหนึ่งในห้าของนิกเกิลที่แข็ง), และเครือข่ายขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมข่ายขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมขุมรางที่เบาและนําไฟฟ้านี้นําเสนอการผสมผสานที่โดดเด่นของพื้นที่พื้นผิวเฉพาะสูง (สําหรับกิจกรรมกระตุ้นที่เพิ่มเติมและการบรรทุกวัสดุที่ทํางาน)ความผ่านของก๊าซ/ของเหลวที่ดี, และความยืดหยุ่นทางกล, ผลิตตาม ASTM B162 (สําหรับความบริสุทธิ์ของนีเกิล ≥99.5%) และ ASTM E23 (การทดสอบการกระแทก)
ในการเก็บพลังงาน ฟองนิกเกิลเป็นพื้นฐานการเก็บกระแสกระแสไฟฟ้าตามมาตรฐานของอุตสาหกรรมสําหรับแอโนดแบตเตอรี่ไอออนลิเดียม, อิเล็กทรอร์ดแบตเตอรี่ไฮดริดโลหะนิเคิล (NiMH),และซุปเปอร์คอนเดซเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง, ที่สถาปัตยกรรมเปิด 3 มิติของมันยอดเยี่ยมการใช้งานวัสดุที่ทํางานและความสามารถอัตราสําหรับการกระตุ้นทางเคมีไฟฟ้า, ฟองนิกเกิลมีหน้าที่เป็นตัวสนับสนุนกระตุ้นที่มีประสิทธิภาพสูงสําหรับปฏิกิริยาวิวัฒนาการไฮโดรเจน (HER) และปฏิกิริยาวิวัฒนาการออกซิเจน (OER) ในเครื่องประกอบไฟฟ้าน้ําที่บรรจุฟอสฟิดโลหะข้าม (e.eg., Ni2P) ลดความสามารถเกิน HER ต่ํากว่า 50 mV ทําให้มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น 40% เมื่อเทียบกับตัวนําคาร์บอนแบบปกติในการกรองและแยกระยะยาวฟองนิกเคิลกําจัดไอออนโลหะหนัก (Pb2 +, Cd2 +) จากน้ําเสียอุตสาหกรรมและใช้เป็นสื่อการทําความสะอาดก๊าซในอุณหภูมิสูงสําหรับการจัดการความร้อนและเสียงฟองไนเคิลให้ประสิทธิภาพการป้องกันความรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) 90 dB ผ่านส่วนบางและสัมพันธ์การดูดซึมเสียงที่ดีเยี่ยมในความถี่สูง, ทําให้มันเหมาะสมสําหรับแผ่นห้องบินอากาศ, กล่องอิเล็กทรอนิกส์และส่วนประกอบการลดเสียงรถยนต์ในทุกสาขาที่มีความต้องการเหล่านี้ ฟองนิเคิลยังคงให้ความน่าเชื่อถือและผลงานที่วิศวกรต้องการสําหรับการแปลงพลังงานและเทคโนโลยีสิ่งแวดล้อมรุ่นใหม่
องค์ประกอบทางเคมีและมาตรฐานความบริสุทธิ์
| ปริมาตร | รายละเอียด / ค่า | การทดสอบ / มาตรฐานความสอดคล้อง |
|---|---|---|
| ธาตุโลหะพื้นฐาน | นิเคิล (Ni) | รางวัล |
| ระดับความบริสุทธิ์ | ≥99.5% (2N5) 99.9% | ASTM B162 (UNS N02200 / N02201) |
| ขอบเขตความสกปรก (ทั่วไป) | Fe ≤0.010%; C ≤0.030%; S ≤0.008%; Si ≤0.005%; Cu ≤0.005% | ICP-OES ตาม ASTM E1473 |
| สูตรโมเลกุล | นี | รางวัล |
| น้ําหนักโมเลกุล | 58.69 กรัม/โมล | รางวัล |
รายละเอียดคุณสมบัติทางกลและทางกายภาพ
ฟองไนเคิลถูกผลิตผ่านกระบวนการ electrodeposition และกระบวนการ sintering ผ่านอุณหภูมิ ผลิตเครือข่าย 3 มิติแบบเดียวกันของเส้นใยไนเคิลที่เชื่อมต่อกันรายละเอียดหลักสําหรับเกรดต่าง ๆ ได้สรุปไว้ข้างล่าง:
| ปริมาตร | ระยะค่า | หมายเหตุ / เกรดทั่วไป |
|---|---|---|
| ความขวาง | 60% 99.9% (มาตรฐาน: 90 98%) | ส่วนของปริมาณว่างกําหนดความหนาแน่น |
| อัตราการเจาะรู | ≥95% | ช่องโปร์ทั้งหมดเชื่อมต่อกันเพื่อความผ่านของเหลว/ก๊าซ |
| ช่องว่างต่อนิ้ว (PPI) | 5 130 PPI | 5?? 50 PPI (หยาบ); 50?? 130 PPI (ดี); 110 PPI สําหรับ GDL เซลล์เชื้อเพลิง |
| ขนาดรู | 0.05 มิลลิเมตร ∙ 10 มิลลิเมตร | ตอบสนองกับช่วง 5 ‰ 120 PPI; ultra-fine ต่ําถึง 0.05 mm |
| ความหนาแน่น | 0.15 0.45 กรัม/ซม. | ประมาณ 1/5 ถึง 1/30 นิเคิลแข็ง (8.90 g/cm3) |
| ความหนาแน่นของพื้นที่ | 280 1,500 ± 30 กรัม/ม2 | สําหรับความหนา 0.5 ∼2.5 มิลลิเมตร |
| ความหนา | 0.5 มิลลิเมตร 30 มิลลิเมตร (ธรรมเนียมเกิน 30 มิลลิเมตร) | ความละเอียดความละเอียด ± 0.05 mm สําหรับเครื่องวัดบาง |
| ขนาดแผ่น | 500 × 500 มิลลิเมตร, 500 × 1,000 มิลลิเมตร | ขนาดขนาดใหญ่ตามคําขอ |
| จุดละลาย | 1,453 ̇ 1,455 °C | ฐานเนกเกิ้ลแข็ง |
| อุณหภูมิการทํางานสูงสุด | ≥ 500 °C | บรรยากาศออกซิเดนต์ต่อเนื่อง |
| สูงสุดความต้านทานอุณหภูมิ | > 1,100 °C (ระยะสั้น) | ทนต่อการกระแทกทางความร้อนและการออกซิเดน |
| การนําไฟฟ้า | สูง (∼14% IACS เท่าของสับซ้อน) | ขึ้นอยู่กับความหนาแน่น |
| ความสามารถในการนําความร้อน (ประมาณ) | สูงสุด 15.26 W/ (((m·K) (ในระบายน้ํา 80%) | ในผสมผสมที่มี PTFE ผ่าน |
| ประสิทธิภาพการป้องกัน EMI | ∼90 dB | ผ่านส่วนความหนาค่อนข้างบาง |
| ความแข็งแรงในการดึง | 8 50 MPa (ในทฤษฎี, ขึ้นอยู่กับ porosity) | ความแข็งแรงทางกลลดลงเมื่อความขวางเพิ่มขึ้น |
| ความเข้มข้นสูงสุด ( 80% ความขวาง) | 50.4 ± 6.8 MPa | วัดในโครงสร้างประกอบ |
| ความแข็ง Vickers | 638 MPa | ความแข็งของสายใยเนกเกิลฟองแบบหลาก |
| ความแข็งแกร่งในการตัด | 190 PSI (∼1.31 MPa) | รางวัล |
คู่มือการใช้งานในหลายสาขา
| ภาคการใช้งาน | กรณีการใช้เฉพาะ | ปัจจัยสําคัญในการผลิต |
|---|---|---|
| การเก็บพลังงาน (แบตเตอรี่และซุปเปอร์คอนเดเซเตอร์) | อานอัดแบตเตอรี่ลิทธิียมไอออน (พื้นฐานการเก็บกระแส); อิเล็กทรอัดแบตเตอรี่ NiMH (รองรับอิเล็กทรอัดบวก); อิเล็กทรอัด supercapacitorแบตเตอรี่ nickel-iron solid-state ที่ใช้ในอาคารสําหรับเก็บพลังงาน | ความขวางสูง (90~98%) สําหรับการบรรทุกวัสดุที่ใช้งาน; ความสามารถในการนําไฟฟ้าสูง; ความมั่นคงของโครงสร้างในช่วงวงจรการชาร์จ/การปล่อยไฟ |
| พลังงานไฮโดรเจนและไฟฟ้ากระตุ้น | ชั้นกระจายก๊าซเซลล์เชื้อเพลิง PEM (GDL); ชั้นขนส่งขั้วขั้วขั้วขั้วน้ําอัลคาลีน (PTL); รองรับแคตอลิสเตอร์ HER/OER; อิเล็กทรโด้สองฟังก์ชันของแบตเตอรี่ Zn-air | เครือข่ายเปิด 3 มิติเพิ่มขีดจํากัดสามเฟสสูงสุด; ลด HER overpotential เป็น <50 mV; การเพิ่มประสิทธิภาพ 40% เมื่อเทียบกับตัวบรรทุกกราเฟน; ความต้านทานต่อการกัดกร่อนในอิเล็กทรอลิต KOH |
| การป้องกัน EMI และการจัดการความร้อน | แผ่นเสียงในห้องบินอากาศศาสตร์; กล่องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์; ผูก EMI และพัดดิน; สารประกอบเปลี่ยนเฟสสําหรับการระบายความร้อน | ประสิทธิภาพการป้องกัน 90 dB; การดูดซึมเสียงความถี่สูง; น้ําหนักเบา (ความหนาแน่น 0.15~0.45 g/cm3); สามารถรีไซเคิลได้ |
| การกรองและการแยก | เครื่องกรองรวมก๊าซ/เหลวอุตสาหกรรม; การดึงดูดโลหะหนัก (Pb2+, Cd2+, Hg2+) จากน้ําเสีย; เครื่องกรองโลหะหลอม | ความสามารถในการผ่านก๊าซ / น้ําเหลวสูง; ความต้านทานต่อการกัดกรองในสื่อกรด / แอลคาลีน; โครงสร้างรูขุมขนที่เหมือนกัน; ความสามารถในการเก็บสกปรกสูง |
| การบินและการป้องกัน | เครื่องเคลือบเสียงสําหรับเครื่องยนต์ระบายน้ํา; แผ่นโครงสร้างเบา; สารสับสราทที่ซับซ้อนเรดาร์ (RAM) | ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง (> 500 °C); ความหนาแน่นต่ําเพื่อลดน้ําหนัก; ความขวางที่สามารถปรับแต่งได้ (10-130 PPI) |
| อุตสาหกรรมรถยนต์ | เครื่องเก็บกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ของรถยนต์ไฟฟ้า (EV); สับสราตของเครื่องปรับแคตาลิติก; แผ่นลดเสียง/สั่นสะเทือน/ความรุนแรง (NVH) | ผ่อนคลายการสั่นสะเทือน; การดูดซึมเสียงที่ความถี่สูง; ตอบสนองมาตรฐานความปลอดภัยจากการชน FMVSS 215 |
| การสนับสนุนกระตุ้น | เครื่องปฏิกิริยาฮีโดรเจน / ดีฮีโดรเจน; เครื่องกระตุ้นการออกซิเดชั่น VOC; เครื่องกระตุ้นโลหะเกียรติ (Pt, Pd, Ru) ที่ได้รับการสนับสนุน | พื้นผิวเฉพาะสูง การกระจายอุณหภูมิแบบเรียบร้อย ความทนทานต่อการกระแทกทางอุณหภูมิที่ดี |
| การแลกเปลี่ยนความร้อน | เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดเล็ก; เครื่องเย็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์; การจัดการความร้อน LED | อัตราส่วนพื้นที่สูงต่อปริมาณเพื่อการถ่ายทอดความร้อนที่มีประสิทธิภาพ; ความดันลดลงต่ําข้ามโครงสร้างฟอง |
เน้นการใช้งานในภูมิภาค
| ภูมิภาค | อุตสาหกรรมสําคัญ | เครื่องขับเคลื่อนการใช้งานสําหรับฟองไนเคิล |
|---|---|---|
| เอเชียและแปซิฟิก (จีน, ญี่ปุ่น, เกาหลีใต้, อินเดีย, เอเชียตะวันออกเฉียงใต้) | ผลิตแบตเตอรี่ อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค ผลิตรถยนต์ | ตลาดอิเล็กทรอดแบตเตอรี่ที่ใหญ่ที่สุดในโลก (> 70% ของการบริโภคฟองไนเคิลทั่วโลก)เทเลนจานา) และโซ่จําหน่ายแบตเตอรี่ EV ของอาเซียนให้ความสําคัญกับฟอง ultra-thin.5?? 2.0 มม, 95?? 110 PPI) |
| อเมริกาเหนือ (สหรัฐอเมริกา แคนาดา) | การบินอวกาศ การป้องกัน พลังงานไฮโดรเจน อุปกรณ์การแพทย์ | การป้องกัน EMI ระดับ AMS สําหรับเครื่องบินทหาร การขยาย PEM Electrolyser (แรงจูงใจ IRA สําหรับ H2 เขียว) ขับเคลื่อนความต้องการสําหรับฟองโป่งละเอียด 80 ‰ 110 PPI เป็นชั้นขนส่งโป่ง |
| ยุโรป (เยอรมัน, ฝรั่งเศส, สหราชอาณาจักร, เนเธอร์แลนด์) | การประกอบธุรกิจ | เป้าหมายของ EU Green Deal ไฮโดรเจน สายค่ายจําหน่ายรถยนต์ EV ของเยอรมนีกําหนดฟองนิเคิลสําหรับแบตเตอรี่ NiMH และองค์ประกอบเซลล์เชื้อเพลิง PEM |
| ตะวันออกกลาง (สหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ ซาอุดิอาระเบีย คาตาร์) | น้ํามันและก๊าซ, การปรับเกลือ, ปิโตรเคมี | เครื่องกรองน้ํามันหวานก๊าซ H2S/CO2 โครงการไฮโดรเจนสีเขียว NEOM ของซาอุดิอาระเบีย |
| อเมริกาใต้ (บราซิล, อาร์เจนตินา, ชิลี) | การทําเหมืองแร่ การขุดเหมืองโลหะ | เครื่องกรองล้างหุ้มทองแดง การบําบัดน้ําเหมืองกรด (pH 2 ∆ 4) เครื่องกระจายของเหลวที่ทนทานต่อการกัดกรด |
| แอฟริกา (แอฟริกาใต้ นิเจเรีย) | การทําเหมืองแร่ การบํารุงน้ํา | เครื่องกรองอัดยอนโลหะหนัก (Pb2+, Cd22+) สําหรับการกําจัดน้ําในเหมือง |
คําถามที่พบบ่อย (FAQ)
Q1: ความบริสุทธิ์มาตรฐานของฟองนิเคิลคืออะไร และมันตรงกับความต้องการ RoHS สําหรับการส่งออกยุโรปหรือไม่?
ฟองไนเคิลโดยทั่วไปบรรลุความบริสุทธิ์ของไนเคิลที่ 99.5% (2N5 เกรด) ถึง 99.9%, เหล็ก (Fe) ≤0.010%, คาร์บอน (C) ≤0.030%, เซลเฟอร์ (S) ≤0.008%,และสารสกัดส่วนในร่องรอยอื่นๆ ที่ควบคุมอย่างเคร่งครัดตามรายละเอียดของ ASTM B162ผู้ซื้อในยุโรปอาจต้องการ EN 10204 ประเภท 3.1 ใบรับรองการทดสอบโรงงานรับรองประกอบทางเคมีแมร์คิวรี่, แคดมีียม, หรือโครเมียมหกประสิทธิภาพ) และเป็นความสอดคล้องอย่างเต็มที่สําหรับการใช้งานไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดในสหภาพสหภาพยุโรปใบข้อมูลความปลอดภัย (SDS) สําหรับฟองโลหะนิเคิลที่สอดคล้องกับข้อบังคับในเกณฑ์ REACH แผนที่ II สามารถนําเสนอสําหรับทุกการขนส่งที่กํากับ EU.
Q2: ความขวางมีผลต่อความแข็งแรงทางกลของฟองไนเคิลอย่างไร และความแข็งแรงในการดึงแบบปกติคืออะไร?
ความขัดขวางมีความสัมพันธ์ทางกลับกันกับความแข็งแรงทางกล: ขัดขวางที่สูงขึ้นลดส่วนปริมาณของสายใยนิเคิลแข็ง, โดยทําให้ความแข็งแรงในการดึงลดลงฟองไนเคิลมาตรฐาน (ขุมขวาง 90~98%) มีความแข็งแรงในการดึงในช่วง 8~50 MPa ขึ้นอยู่กับขนาดขุมขุมขวางและความหนาแน่นสัมพันธ์ตัวอย่างเช่น ณ 80% ของ porosity ความแข็งแรงในการดึงสูงสุดถึง 50.4 ± 6.8 MPa ในขณะที่ความแข็งแรงในการบดควบคุมโดยความสัมพันธ์ของความแรงกับความหนาแน่นสัมพัทธ์วัสดุยังแสดงพฤติกรรม anisotropic เนื่องจากกระบวนการ flattening ระหว่างการผลิต, หมายถึงคุณสมบัติความยืดหยุ่นแตกต่างกันระหว่างทิศทางในระนาบและผ่านหนา.
Q3: ฟองไนเคิลสามารถตัด, แป้ง, หรือผูกกับโลหะอื่น ๆ เพื่อการประกอบได้หรือไม่? เทคนิคการผลิตที่แนะนําคืออะไร?
ฟองไนเคิลถูกผลิตโดยง่ายโดยใช้เทคนิคการแปรรูปโลหะมาตรฐาน การตัดด้วยเลเซอร์ (เส้นใยหรือ CO2) ผลิตขอบที่สะอาดและไม่มีขอบที่มีพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนอย่างน้อยการปั่นจุดความต้านทานเชื่อมโยงฟองไนเคิลอย่างมีประสิทธิภาพกับไนเคิลหรือสแตนเลส. การปั่นด้วยเสียงฉีด เหมาะสําหรับการติดตั้งเชื้อเพลิงนิเคิลบางกับอิเล็กทรอนฟอง สําหรับการเชื่อมต่อ:LOCTITE AA 3515) หรือ epoxies เติม nickel ส่งต่อความต้านทานต่ํา (โดยทั่วไป < 10 mΩ · cm2)หน่วยกั้นกลไกหรือหน่วยกดคอมเพรชั่น เป็นที่นิยมสําหรับการใช้งานที่ต้องการการแยกแยกบ่อย ๆหลีกเลี่ยงการผสมความร้อนสูง (> 800 °C) เนื่องจากสิ่งนี้อาจทําให้เส้นใยนิเคิลบางออกซิเดนและทําลายความสมบูรณ์แบบโฟมโครงสร้างการเชื่อมและการผสมผสานทั้งหมดควรใช้อากาศระบายอากาศที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการหายใจของการปล่อยอนุภาคละเอียดที่เกิดจากการแปรรูป