Цель урока
Задачи урока:
Оборудование и реактивы: карточки с текстами, презентация к уроку, видеоматериал, компьютер, экран, проектор, гранулы алюминия, р-р гидроксида натрия.
Наборы реактивов на столах учащихся: алюминиевая проволока, фольга, гранулы алюминия, растворы соляной кислоты и сульфата меди (2), спички, спиртовка, держатель, смайлики.
Раздаточный материал: карточки с текстом теста (2 варианта), с дифференцированным домашним заданием (д/з).
Ход урока
1. Организационный момент.
2. Изучение нового материала.
- Мы продолжаем изучать металлы, а какой металл мы будем изучать сегодня, предстоит определить вам. Итак, эпиграф к нашему уроку:
Я металл, серебристый и лёгкий
И зовусь “самолётный металл”,
И покрыт я оксидною плёнкой,
Чтоб меня кислород не достал... (слайд 2).
- Что же за металл мы сегодня будем изучать?
- Совершенно верно алюминий. И тема нашего урока “Алюминий: физические и химические свойства.. Применение алюминия” (слайд 3). Запишем тему урока в тетрадях.
- Давайте, вместе с вами, определим задачи урока (коллективное обсуждение)
- Итак, задачи нашего урока (слайд 4).
Изучение нового материала с актуализацией опорных знаний.
Характеристика алюминия как химического элемента.
Самостоятельная работа (слайд 5).
Проверка самостоятельной работы у доски.
Примерный ответ: Al №13. заряд ядра+13, протонов 13, нейтронов 14, электронов 13.
(слайд 6)
- Как изменяется химическая активность у этих химических элементов? (Выводы делают учащиеся).
Тип и класс: Al p – элемент, переходный элемент, соединения которого обладают амфотерными свойствами.
Тип химической связи - металлическая.
Тип кристаллической решетки - металлическая (вспоминаем физические свойства веществ с металлической химической связью).
- Сейчас я вам расскажу об истории открытия алюминия (рассказ).
Нахождение алюминия в природе (слайд 7).
- Основные месторождения алюминиевого сырья: Урал, Казахстан, Сибирь, Башкирстан.
Вопрос. Почему алюминия нет в природе в свободном виде?
- На основании справочных данных, учебника, эпиграфа к уроку и образцов алюминия на ваших столах охарактеризуйте физические свойства алюминия.
Ответы учащихся. (слайд 8 и образцы в лотках).
- На физико-механических свойствах основано его применение. (обсуждение)
Задание. Посмотрите слайды (9-15) и назовите области применения алюминия и свойства, на которых основано их применение (обсуждение).
Почему, очень часто, изделия изготавливаются из сплавов алюминия?
- Алюминий - активный металл, в чём же причина его пассивности? На этот вопрос мы ответим, посмотрев видео (видео 1).
Обсуждение результатов просмотра.
Ответ – на поверхности алюминия образуется пассивная оксидная плёнка.
Подвергаются ли коррозии изделия из алюминия? Почему?
Вывод: оксидная плёнка защищает алюминий от коррозии.
Влияние алюминия и изделий из него на здоровье человека (рассказ).
- При мытье алюминиевой посуды (внутри) можно использовать абразивные материалы? Ответ поясните.
С помощью лабораторных опытов изучим некоторые химические свойства алюминия
Видео 2 размещено в архиве вместе с презентацией.
- Алюминий взаимодействует с неметаллами.
- Запишите уравнения химических реакций алюминия с кислородом, серой и хлором. Укажите восстановитель и окислитель. К одному из уравнений напишите электронный баланс (по желанию). Ребята работают в тетрадях, проверяем у доски.
- Согласно ряду активности металлов алюминий должен реагировать с кислотами. Ставим проблему и решаем её с помощью лабораторных опытов.
Выполнение учащимися лабораторного опыта взаимодействие алюминия с соляной кислотой. Учащиеся записывают уравнение химической реакции на доске и в тетрадях.
Запомните - алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой!
При взаимодействии с концентрированной серной кислотой водород не выделяется, а оксид серы (4) в основном.
Взаимодействие с гидроксидом натрия (демонстрация, запись уравнения химической реакции).
Вывод: алюминий проявляет амфотерные свойства.
- А почему?
- Так как реагирует и с кислотами и с основаниями. (Записать в тетради)
(слайд 16).
- Алюминий реагирует с некоторыми солями (выполнение учащимися лабораторного опыта взаимодействия алюминия с раствором сульфата меди (2)).
- ? Почему восстанавливается чистая медь из её соли?( уравнение д/з).
- Вывод делают учащиеся: согласно ряду напряжения металлов алюминий вытесняет менее активные металлы из их солей.
- Алюминий может восстанавливать некоторые металлы из их оксидов (например,из Fe2O3) (просмотр видео 3. Видео 3 размещено в архиве вместе с презентацией).
- Уравнение химической реакции запишите в д/з.
3. Закрепление изученного материала.
Выполнение теста.
1 вариант
1. Количество протонов в атоме алюминия:
А) 12,
В) 13,
С) 10,
D) 14.
2.Электронная формула иона алюминия - А1+3:
А) 1s22s22p6.
B) 1s22s22p63s2.
C) 1s22s22p63s1.
D) 1s22s22p63s2p1.
3. Алюминий менее активен, чем:
А) углерод,
B) натрий,
С) кремний,
D) фосфор.
4. Тип кристаллической решетки у алюминия:
А) ионная,
В) металлическая,
С) атомная,
D) молекулярная.
5. На каком физическом свойстве алюминия основано применение сплавов алюминия в самолетостроении:
А) хорошая электропроводность,
В) пластичность,
С) легкость и прочность в сплавах,
D) неядовитость.
2 вариант
1.Количество нейтронов в атоме алюминия:
А) 12,
В) 13,
С) 10,
D) 14.
2.Электронная формула атома алюминия:
А) 1s22s22p6.
B) 1s22s22p63s2.
C) 1s22s22p63s1.
D) 1s22s22p63s2p1.
3. Алюминий более активен, чем:
А) сера,
B) натрий,
С) калий,
D) кальций.
4. Вид химической связи у алюминия:
А) ионная,
В) металлическая,
С) ковалентная,
D) водородная.
5. На каком физическом свойстве алюминия основано применение алюминия в электротехнике:
А) хорошая электропроводность,
В) пластичность,
С) легкость и прочность в сплавах,
D) неядовитость.
Проверка теста (слайд 17).
4. К началу урока: эпиграфу, что изучили на уроке, что узнали нового.
- Итак, вернемся к началу урока и проверим, выполнили мы с вами поставленные задачи (обсуждение, выводы).
5. Задание на дом (слайд 18).
Раздать карточки с д/з. Инструктаж выполнения домашнего задания (дифференцированного).
6. Подведение итогов, оценка работы учащихся на уроке.
- Попробуем самостоятельно оценить свою работу на уроке.
- Для этого у вас в лотках есть смайлики, но вы заметили, что на них нет эмоций. Добавим их на смайлики: улыбку, если получили прочные знания, усвоили весь материал; сомнение, если усвоили материал частично; грусть, если мало что поняли, необходимо еще поработать. В конце урока положите их мне на стол.
Оценка работы учащихся на уроке, выставление отметок учащимся.
Поблагодарить учащихся за работу на уроке (последний слайд). (слайд 19).
Алюминий принадлежит основной группе III периодической системы, его атомное число 13, а атомный вес 26.9815. Алюминий характеризуется гранецентрированной кубической структурой кристалла. Основные физические свойства очищенного алюминия показаны в таблице.
Физические свойства алюминия
(Если иное не указано отдельно, все данные приведены для очищенного алюминия (чистота 99.99%) при температуре 20°C)
| Химический символ | Al | |
| Атомное число | 13 | |
| Относительная атомная масса (атомный вес) | 26.98154 | |
| Атомный объем | 9.996 106 | м3/моль |
| Конфигурация электрона (квантовое состояние) | Модель БораK shell 2eL shell 8eM shell 3e | Основная модель1s22s22p63s23p1 |
| Кристаллическая решетка | fсс | Структура типа A1 |
| Плотность упаковки | 74% | |
| Координационное число | 12 | |
| Постоянная кристаллической решетки | 0.40496 | нм |
| Энергия дефекта упаковки | 200 107 | Дж/см2 |
| Минимальное межатомное расстояние | 0.28635 | нм |
| Плотность | 2.6989 | г/cm3 или кг/дм3 |
| Изменение объема при переходе из жидкого состояния в твердое (усадка) | 6.5 | % |
| Линейная усадка при литье при температуре от 660°C (933 K) до 20°C (293 K) | 1.85 | % |
| Средний линейный коэффициент расширения при температуре от 20°C (293K) до 100°C (373K) | 236 106 | 1/K |
| модуль Юнга | 66.6 | ГПа или кН/мм2 |
| модуль сдвига | 25.0 | ГПа или кН/мм2 |
| коэффициент Пуассона | 0.35 | |
| Сжимаемость | 13.3 | мм2/MN |
| Точка плавления | 660.2 | °C |
| Латентная теплота плавления | 390 | кДж/кг |
| Точка кипения | -2500 | °C |
| Латентная теплота испарения | 11 4 | МДж/кг |
| Давление пара при 660°C (933 K) при 1200°C (1473 K) | - 108-109~102 | мБармБар |
| Удельная теплота при постоянном давлении | 0.89 | кДж/кг K |
| Постоянная температуры (дебаевская температура) | 440 | K |
| Энергия активации самодиффузии | 120 | кДж/моль |
| Электропроводность | 37.67= 64.95% | м/W мм2% IACS |
| Электрическое удельное сопротивление | 26.55 | нW м |
| Температурный коэффициент электрического удельного сопротивления | + 0.115 | нW м/K |
| температура (фазового) перехода суперпроводимости | 1.2 | K |
| теплопроводность | 235 | Ватт/м K |
| Число Лоренца | 2.1 108 | (Ватт W)/K2 |
| Удельная магнитная восприимчивость (определенная рационально) | 7.7 109 | м3/кг |
| Термоэлектрическая сила по отношению к платине | 4 | Дж В/K |
| Постоянная Холла | -35 1012 | м3/C |
| Поверхностное натяжение при температуре 660°C (933K) | 0.86 | Н/м |
| Динамическая вязкость при температуре 700°C (973K) | 1.1 | мН с/м2 |
| Теплота сгорания | 31 | МДж/кг |
| Стандартный потенциал электрода | -1.67 | В |
| Стандартный потенциал электрода в NaCI-H202 по отношению к электроду из каломели 0,1N | 0.87 | В |
| Электрохимический эквивалент AI3+ | 9.32 105 | г/С |
| Сечение захвата медленных нейтронов (2200м/сек) | 0.20 1024 | см2/атом |
Большинство данных свойств являются постоянными (например, атомный вес). Некоторые свойства зависят от внешних условий, например температуры (плотность и удельная теплота), многие свойства зависят от легирующих добавок и структурных изменений (например, теплопроводность). Рассмотрим более подробно те свойства, для которых такая зависимость имеет решающее значение.
Алюминий играет важную роль во многих отраслях промышленности именно благодаря его физическим свойствам. Одним из важнейших свойств является низкий уровень плотности, который делает алюминий наиболее подходящим материалом, который является экономичным и экологически чистым. Плотность серийно выпускаемых материалов на базе алюминия составляет от 2.6 до 2.8г/см3 (2.7г/см3 – беспримесный алюминий), это всего лишь третья часть плотности стали. Алюминий при этом еще более выигрывает по сравнению с тяжелыми металлами. Алюминий принадлежит к так называемым легким металлам, максимальная плотность которых составляет 4.5г/см3. К легким металлам относятся также магний (1,7г/см3), бериллий (1.85г/см3) и титан (4.5г/см3).
Низкая плотность позволяет значительно сократить вес оборудования для грузоперевозок, например, транспортных средств для наземных, морских и воздушных перевозок, контейнеров, которые постоянно используются для организации перевозок. В механическом машиностроении уменьшение веса приводит к значительному сокращению потребления энергии, а также затрат на организацию производства и технического обслуживания. Даже в стационарном оборудовании сокращение веса позволяет уменьшить требования к фундаменту и несущим структурам.
Плотность зависит от температуры, уменьшаясь при повышении температуры благодаря термическом расширению. При затвердении имеет место явление усадки в размере 6.5%, которое также вызывает повышение плотности от 2.37г/см3 в жидком состоянии при температуре 660°C до 2.55г/см3 в твердом состоянии при той же температуре. Усадка приводит к образованию пустот при затвердении алюминиевых литейных форм.
Коэффициент термического расширения очищенного алюминия (AI99.99) для различных диапазонов температур
| Температурный диапазон, °C | Средний линейный коэффициент термического расширения 106 1/K |
| 200- 20 | 180 |
| 150-20 | 199 |
| 100-20 | 210 |
| 50-20 | 218 |
| 20-100 | 236 |
| 20-200 | 245 |
| 20-300 | 255 |
| 20-400 | 264 |
| 20-500 | 274 |
| 20 - 600 | 285 |
Для определения типа кристаллической решётки поступают следующим образом. Если связь в соединении ионная, то кристаллическая решётка всегда ионного типа: хлорид калия, нитрат калия, нитрид кальция, карбид кальция, оксид алюминия.
Если связь металлическая, то и кристаллическая решётка всегда металлическая: латунь, железо, медь, натрий.
Если связь ковалентная, то решётка может быть, как атомной, так и молекулярной. Веществами с атомной кристаллической решёткой являются: карборунд, оксид кремния четыре, бор, кремний, алмаз, графит, чёрный и красный фосфор.
У веществ с молекулярной кристаллической решёткой в узлах кристаллической решётки расположены молекулы, прочность данной связи слабая.
Для веществ с молекулярной кристаллической решёткой характерны низкие температуры плавления, то есть они легкоплавки и летучи, значительная сжимаемость, иногда запах, а также явление сублимации, или возгонки, как для йода и твёрдого углекислого газа.
Для веществ с молекулярной кристаллической решёткой характерна небольшая твёрдость, большинство этих веществ хорошо растворимы в воде. Молекулярную кристаллическую решётку имеют газы и жидкости в твёрдом агрегатном состоянии. Например, кристаллический йод, сера, белый фосфор, углекислый газ, большинство органических соединений.
У веществ с атомной кристаллической решёткой в узлах расположены атомы. Связь между атомами в кристаллические решётки – ковалентная, очень прочная. Для этих веществ характерны высокие температуры кипения и плавления, то есть они тугоплавки и нелетучий, очень твёрдые, практически не растворимы в воде и не имеют запаха.
Примером веществ с таким типом кристаллических решёток являются алмаз и графит.
Как известно, твёрдость алмаза оценивается по шкале Мооса самым высоким значением – 10. Благодаря высокой твёрдости алмаз используют для изготовления буров, свёрл, шлифовальных инструментов, стеклорезов. Алмаз является камнем ювелиров, они используют отшлифованные алмазы – бриллианты.
Графит также является веществом с атомной кристаллической решёткой, но несмотря на это, он мягкий, так как имеет слоистую структуру. В кристаллической решётке графита атомы углерода, лежащие в одной плоскости, связаны в правильные шестиугольники. Связи между слоями непрочные, за счёт этого графит мягкий. Графит, как и алмаз, тугоплавкий. Из него изготавливают электроды, твёрдые смазки, стержни для карандашей, замедлители нейтронов в ядерных реакторах.
Атомные кристаллические решётки имеют не только простые, но и сложные вещества. Например, все разновидности оксида алюминия. Такие, как наждак, корунд, рубин, сапфир.
Наиболее распространённое соединение кремния – это оксид кремния четыре, который также имеет атомную кристаллическую решётку. Почти чистым оксидом кремния четыре является минерал кварц.
У веществ с ионным типом связи в узлах кристаллической решётки расположены ионы, связь между частицами – ионная, она прочная.
Для веществ с ионным типом связи характерны следующие свойства: высокие температуры плавления и кипения, они тугоплавки и нелетучи, они твёрдые, хрупкие, многие растворимы в воде. Их хрупкость объясняется тем, что если попробовать деформировать такую кристаллическую решётку, то один из её слоёв будет двигаться относительно другого слоя до тех пор, пока одинаково заряженные ионы не будут друг против друга. Эти ионы начнут отталкиваться друг от друга, и кристаллическая решётка разрушиться.
Вещества с ионным типом связи плохо проводят электрический ток и тепло. Но их растворы и расплавы проводят электрический ток. Вещества с ионным типом связи не имеют запаха.
Ионное соединение представляет собой гигантскую ассоциацию ионов, расположенных в пространстве благодаря равновесию сил притяжения и отталкивания.
Например, кристалл хлорида натрия состоит из катионов натрия и анионов хлора. Каждый катион натрия окружён шестью анионами хлора, а каждый анион хлора – шестью катионами натрия. Наименьшей структурной единицей кристалла является элементарная ячейка. Строение элементарной ячейки зависит от соотношения размеров катиона и аниона.
У веществ с металлическим типом связи в узлах кристаллической решётки расположены атом-ионы, связь между ними металлическая. Связь может быть различной по прочности.
Металлическая кристаллическая решётка определяет свойства металлов: ковкость, пластичность, электро-и теплопроводность, металлический блеск, способность образовывать сплавы.
Пластичность выражается в способности металлов деформироваться под действием механической нагрузки. Это свойство лежит в основе ковки, прокатки металлов, их способности вытягиваться в проволоку. Пластичность объясняется тем, что под воздействием силы слои перемещаются относительно друг друга без разрыва связи между ними.
Например, если двумя плоскими стеклянными пластинками поместить несколько капель воды, то пластинки будут свободно скользить относительно друг друга, но вот разъединить их будет достаточно сложно. Таким образом, в данном опыте вода играла роль свободных электронов, которые находятся в металлической кристаллической решётке.
Наиболее пластичными металлами являются золото, серебро и медь. Именно из золота можно сделать самую тонкую фольгу толщиной три тысячных миллиметра. Такую тонкую фольгу использую для золочения. Примером может служить Янтарная комната в Большом Екатерининском дворце.
Высокая электропроводность металлов обусловлена наличием свободных электронов, которые под действием электрического тока приобретают направленное движение.
Лучшими проводниками электрического ока являются серебро и медь, немного худшим – алюминий. Однако в большинстве случаев в качестве электропроводов используют алюминий, а не медь.
Теплопроводность металлов также объясняется движением свободных электронов, которые сталкиваются с атом-ионами в узлах кристаллической решётки и обмениваются с ними энергией. Благодаря этому свойству металлическая посуда равномерно нагревается.
Вещества с металлическим типом кристаллической решётки имеют металлический блеск из-за отражения световых лучей.
Высокой светоотражающей способностью обладают ртуть, серебро, палладий и алюминий. Из серебра, палладия и алюминия изготавливают зеркала, прожектора и фары. В порошкообразном состоянии металлы теряют свой блеск, только магний и алюминий сохраняют его.
Большинство металлов имеет серебристо-белый цвет. Только золото окрашено в жёлтый цвет, а медь в красный.
Металлическая кристаллическая решётка характерна не только для металлов, но и для сплавов. Это отличает металлические сплавы от других сплавов: стекла, фарфора, керамики, базальтов, гранитов, гнейсов.
Большинство твёрдых веществ имеет кристаллическое строение, которое характеризуется строго определённым расположением частиц.
Если соединить частицы условными линиями, то получится пространственный каркас, называемый кристаллической решёткой.
Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решётки. В узлах воображаемой решётки могут находиться атомы, ионы или молекулы.
В зависимости от природы частиц, расположенных в узлах, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решёток: ионную, металлическую, атомную и молекулярную.
Ионными называют решётки, в узлах которых находятся ионы.
Их образуют вещества с ионной связью. В узлах такой решётки располагаются положительные и отрицательные ионы, связанные между собой электростатическим взаимодействием.
Ионные кристаллические решётки имеют соли, щёлочи, оксиды активных металлов.
Ионы могут быть простые или сложные. Например, в узлах кристаллической решётки хлорида натрия находятся простые ионы натрия Na+ и хлора Cl−, а в узлах решётки сульфата калия чередуются простые ионы калия K+ и сложные сульфат-ионы SO42−.
Связи между ионами в таких кристаллах прочные. Поэтому ионные вещества твёрдые, тугоплавкие, нелетучие. Такие вещества хорошо растворяются в воде.
Рис. \(1\). Кристаллическая решётка хлорида натрия
Рис. \(2\). Кристаллы хлорида натрия
Металлическими называют решётки, которые состоят из положительных ионов и атомов металла и свободных электронов.
Их образуют вещества с металлической связью. В узлах металлической решётки находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы, отдавая свои внешние электроны в общее пользование).
Такие кристаллические решётки характерны для простых веществ металлов и сплавов.
Температуры плавления металлов могут быть разными (от \(–37\) °С у ртути до двух-трёх тысяч градусов). Но все металлы имеют характерный металлический блеск, ковкость, пластичность, хорошо проводят электрический ток и тепло.
Рис. \(3\). Металлическая кристаллическая решётка
Рис. \(4\). Изделие из металла
Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы, соединённые ковалентными связями.
Такой тип решётки имеет алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода. К веществам с атомной кристаллической решёткой относятся графит, кремний, бор и германий, а также сложные вещества, например, карборунд SiC и кремнезём, кварц, горный хрусталь, песок, в состав которых входит оксид кремния(\(IV\)) SiO2.
Таким веществам характерны высокая прочность и твёрдость. Так, алмаз является самым твёрдым природным веществом.
У веществ с атомной кристаллической решёткой очень высокие температуры плавления и кипения. Например, температура плавления кремнезёма — \(1728\) °С, а у графита она выше — \(4000\) °С.
Атомные кристаллы практически нерастворимы.
Рис. \(5\). Кристаллическая решётка алмаза
Рис. \(6\). Алмаз
Молекулярными называют решётки, в узлах которых находятся молекулы, связанные слабым межмолекулярным взаимодействием.
Несмотря на то, что внутри молекул атомы соединены очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому молекулярные кристаллы имеют небольшую прочность и твёрдость, низкие температуры плавления и кипения.
Многие молекулярные вещества при комнатной температуре представляют собой жидкости и газы.
Такие вещества летучи. Например, кристаллические иод и твёрдый оксид углерода(\(IV\)) («сухой лёд») испаряются, не переходя в жидкое состояние.
Некоторые молекулярные вещества имеют запах.
Такой тип решётки имеют простые вещества в твёрдом агрегатном состоянии: благородные газы с одноатомными молекулами (He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn), а также неметаллы с двух- и многоатомными молекулами (h3,O2,N2,Cl2,I2,O3,P4,S8).
Молекулярную кристаллическую решётку имеют также вещества с ковалентными полярными связями: вода — лёд, иод, твёрдые аммиак, кислоты, оксиды большинства неметаллов. Большинство органических соединений тоже представляют собой молекулярные кристаллы (нафталин, сахар, глюкоза).
Рис. \(7\). Кристаллическая решётка иода
Рис. \(8\). Иод
Если известно строение вещества, то можно предсказать его свойства.
Попробуем определить, каковы примерно температуры плавления у фторида натрия, фтороводорода и фтора.
У фторида натрия — ионная кристаллическая решётка. Значит, его температура плавления будет высокой. Фтороводород и фтор имеют молекулярные кристаллические решётки. Поэтому их температуры плавления будут невысокими. Молекулы фтороводорода полярные, а фтора — неполярные. Значит, межмолекулярное взаимодействие у фтороводорода будет сильнее, и его температура плавления будет выше по сравнению со фтором.
Экспериментальные данные подтверждают эти предположения: температуры плавления NaF, HF и F2 составляют соответственно \(995\) °С, \(–83\) °С, \(–220\) °С.
Источники:
Рис. 1.Кристаллическая решётка хлорида натрия https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e9/Sodium-chloride-3D-ionic.png
Рис. 2. Кристаллы хлорида натрия https://cdn.pixabay.com/photo/2015/09/24/17/08/crystal-955935_960_720.jpg
Рис. 3. Металлическая кристаллическая решётка © ЯКласс
Рис. 4. Изделие из металла https://cdn.pixabay.com/photo/2013/07/12/17/22/database-152091_960_720.png
Рис. 5. Кристаллическая решётка алмаза https://image.shutterstock.com/image-vector/illustration-chemical-carbon-has-several-600w-1717122967.jpg
Рис. 6. Алмаз https://cdn.pixabay.com/photo/2014/10/24/08/09/diamond-500872_960_720.jpg
Рис. 7. Кристаллическая решётка иода © ЯКласс
Рис. 8. Иод https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Iod_kristall.jpg
Группа ученых под руководством Артема Оганова из МФТИ с помощью компьютерного моделирования предсказала существование сразу двух «нестандартных» вариантов оксида алюминия — они стабильны при давлении в несколько миллионов атмосфер и могут присутствовать в недрах планет-гигантов и суперземель, говорится в статье, опубликованной в престижном журнале Scientific Reports (Nature Publishing Group).
Рис.1. Кристаллическая решетка оксида алюминия AlO2 при давлении 500 ГПа. (c) Yue Liu et al
Алюминий и кислород — одни из самых распространенных элементов на Земле. До сих пор химикам было известно их единственное стабильное соединение, оксид алюминия Al2O3. Это вещество может принимать самые разные облики, например, рубин и сапфир — это кристаллы оксида алюминия, их цвет определяется некоторыми примесями. Корунд, который широко используется благодаря своей высокой прочности (как абразивный материал) и прозрачности (например, как материал для оптических окон в экспериментах по сжатию вещества в ударных волнах) — тоже кристаллический оксид алюминия. Химические характеристики связи атомов алюминий-кислород, показывали, что единственный стабильный вариант — Al2O3.
Однако группа Оганова уже много лет занимается поиском «невозможных» соединений. Ученые с помощью созданного ими алгоритма моделирования химических соединений USPEX в 2013 году предсказали существование «нестандартной» соли — соединений натрия и хлора, которые нарушали все химические законы: NaCl3 , NaCl7, Na3Cl2, Na2Cl и Na3Cl, а затем получили эти соединения в экспериментах.
Рис 2. Кристаллическая решетка оксида алюминия Al4O7 при давлении 400 ГПа. (c) Yue Liu et al
«После того, как мы открыли запрещенные классической химией новые хлориды натрия, выяснилось, что запрещенные соединения возникают почти во всех системах под давлением. Модели классической химии просто непригодны к экстремальным условиям. Какие системы мы ни смотрели — всюду появляются странные устойчивые соединения. И пока что нет простых моделей, которые описывали бы весь этот "зоопарк"», — говорит Оганов, возглавляющий лабораторию компьютерного дизайна материалов МФТИ.
Теперь он и его коллеги из США, Австрии и Китая решили проверить, можно ли ожидать появления «запретных» химических соединений в случае алюминия и кислорода.
С помощью алгоритма USPEX ученые проверили диапазон давлений от 0 до 520 гигапаскалей с шагом в 10 гигапаскалей в поисках стабильных соединений алюминия и кислорода. В результате они нашли «стандартный» оксид Al2O3 и два неклассических: AlO2 и Al4O7. Первый из них стабилен при давлении выше 332 гигапаскалей, а второй — в диапазоне 330–443 гигапаскалей.
«Такие давления существуют уже в земном ядре, но оно в основном состоит из железа и его сплавов. Для более массивных, чем Земля, каменистых планет такие давления приходятся на мантию — где содержание алюминия и кислорода велико, и такие соединения могут существовать. Сейчас астрономам известны такие планеты, их называют суперземлями», — говорит Оганов.
----------------------------------------------------------------------
Ссылка на статью: Yue Liu, Artem R. Oganov, Shengnan Wang, Qiang Zhu, Xiao Dong, Georg Kresse, Prediction of new thermodynamically stable aluminum oxides. Scientific Reports, Apr 1, 2015
doi:10.1038/srep09518.
Алюминий (квасцы) — 13 элемент периодической таблицы элементов, 13 группы в современной классификации. Он обладает относительно низкой электропроводностью, но наименьшей плотностью среди других металлов. В природе алюминий встречается в виде стабильного изотопа Al27. Купить алюминий можно на нашем сайте.
Он ценится за высокую коррозийную стойкость и лёгкость. На поверхности изделий алюминия образуется тонкая оксидная плёнка оксидов, которая и защищает металл от дальнейшего окисления. Некоторые алюминиевые сплавы обладают большой твердостью, тугоплавкостью и жаропрочностью и проявляют другие полезные качества, в виду образования алюминидов (интерметаллических сплавов). Полную информацию об этом элементе смотрите в таблице, приведённой ниже.
Свойства атома |
Химические свойства |
Термодинамические свойства простого вещества |
Кристаллическая решётка простого вещества |
Прочие характеристики |
Имя, символ, номер Алюминий / Aluminium (Al), 13 |
Ковалентный радиус 121±4 пм |
Термодинамическая фаза Твёрдое вещество |
Структура решётки кубическая гранецентрированая |
Теплопроводность (300 K) 237 Вт/(м·К) |
Группа, период, блок 13, 3 |
Радиус Ван-дер-Ваальса 184 пм |
Плотность (при н. у.) 2,6989 г/см³ |
Параметры решётки 4,050 Å |
Скорость звука 5200 м/с |
Атомная масса 26,981539 а. е. м. (г/моль) |
Радиус иона 51 (+3e) пм |
Температура плавления 660 °C, 933,5 K |
Температура Дебая 394 K |
|
Электронная конфигурация [Ne] 3s2 3p1 |
Электроотрицательность 1,61 (шкала Полинга) |
Температура кипения 2518,82 °C, 2792 K |
||
Электроны по оболочкам 2, 8, 3 |
Электродный потенциал -1,66 В |
Теплота плавления 10,75 кДж/моль |
||
Радиус атома 143 пм |
Степени окисления 3, 1 и 2 — менее характерны и проявляются в газовой фазе при температуре выше 800°C |
Теплота испарения 284,1 кДж/моль |
||
Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 215*10-25 м2 |
Энергия ионизации 1-я: 577.5 кДж/моль (эВ) |
Молярная теплоёмкость 24,35[1] Дж/(K·моль) |
||
Молярный объём 10,0 см³/моль |
Полуфабрикаты из алюминия:
Алюминий применяется в строительстве, электротехнике, кораблестроении, на производстве холодильных установок, для нужд народного хозяйства. В электротехнике он применяется при изготовлении проводников, корпусов, диодов охладителей. Для защиты металлических изделий от коррозии, алюминий наносят разными способами на их поверхность. Порошок алюминия применяется при производстве металлов, сплавов, а также ячеистого бетона. Большая же часть алюминия выпускается в виде сплавов, так как чистый металл слишком мягок.
Алюминий является самым распространённым металлом и четвертым по содержанию в земной коре химическим элементом (8,8%), но в чистом виде присутствет редко в кристалах размером в несколько микронов. В морской воде содержится 0,01 мг/л3, а в пресной 0,001-10 мг/л3 алюминия. Алюминий обнаружили со 100% уверенностью только в XIX в. В промышленных масштабах его начали производить во второй половине того же века. И лишь с освоением метода производства алюминия электролизом, освоенным Полем Эру (франция) и Чарльзом Холлом (США) в 1886 году, алюминиевая промышленность стала завоёвывать своё почётное второе место в производстве металлов после стальной промышленности. Однако, более 60% алюминия сейчас производится из вторсырья.
Во всех преуспевающих странах этот вид промышленности стал развиваться бурными темпами. До первой мировой войны алюминий производило 6 стран, после — 16, 1967 году — 30 стран. В России первый алюминиевый завод был построен только в 1932 году. Это связано с программой Ленина по электрификации страны и постройкой первой ГЭС на Волхове. Мировыми лидерами по производству алюминия являются: КНР, Россия, Канада, США, Австралия, Бразилия, Индия и другие.
Основным сырьём для производства алюминия являются бокситы (сложные по минеральному составу руды, различной твёрдости, обычно красноватого оттенка). В бокситах содержится 40-60 % глинозёма, который представляет собой смесь оксидов алюминия, натрия, калия и магния.
Крупнейшими производителями высококачественных бокситов являются: Австралия, Гвинея, на Ямайка, Суринам, Гайана, Югославия и другие страны. При этом 2/3 запасов сосредоточено в Гвинее, Бразилии, Австралии, на Ямайке, в Камеруне и Мали. Бокситы добываются открытым или реже закрытым способом, по различным технологическим схемам. Из них производят глинозём. Из глинозёма и производится чистый алюминий электролитическим методом.
Эру и Холл же нашли способ снизить температуру плавления оксида алюминия и энергозатраты. Так как оксид алюминия имеет температуру плавления 2050°C, то они придумали способ электролитической плавки алюминия в расплавленном криолите. С помощью этого метода стало возможным снизить температуру плавления до 950°C. Криолит — это крайне редкий в природе минерал с химическим составом Na3AlF6. Основные известные месторождения криолита сосредоточены в Западной Гренландии, на Южном Урале в Ильменских горах и в штате Колорадо (США). Этот способ производства алюминия был бы весьма дорогостоящим, если бы учёные не научились производить криолит химическим способом, при взаимодействии фторида алюминия и фторида натрия, либо взаимодействия в присутствии соды плавиковой кислоты и гидроксида алюминия.
В заголовке выделены основные стадии получения чистого алюминия из бокситов.
Для получения глинозёма бокситы измельчают и смешивают с щелочью и известью. Бокситы выщелачивают при температуре около 240°C в трубчатых или круглых автоклавах в растворе щелочи, в результате чего образуется красный шлам с содержанием оксидов железа и титана и нерастворимых остатков алюмината натрия и силиката натрия. Температуру понижают до 100°C с добавлением раствора щелочи. Промывкой алюминатного раствора и шлама в сгустителях шлам и раствор разделяют. Шлам оседает, а раствор фильтруют. Фильтрованный раствор переливают в ёмкости с мешалками и понижают его температуры до 60°C. В результате перемешивания и процесса кристаллизации образуется гидроокись алюминия Al(OH). С помощью гидроциклонов и вакуумных 60% Al(OH) выпадает в осадок, часть гидроокиси возвращают для последующих операций, остаток также идёт на выщелачивание. Полученную гидроокись обезвоживают во вращающихся трубчатых печах и при температуре 1150-1300оС и получают глинозём с содержанием 30-50% α-Al2O3 (корунд) и γ-Al2O3.
Растворённую в криолите окись алюминия подвергают процедуре электролитического восстановления при температуре около 960°C в ваннах футерованных углеродистыми блоками, которые и выступают катодами в процессе электролиза, через которые подаётся электричество. В роли анодов выступают угольные блоки подвешенные сверху в алюминиевых профилях. На анодах осаждается CO и CO2, а на подины ванны осаждается жидкий алюминий, который в процессе выпускается. Аноды в процессе электролиза выгорают.
Иногда рафинирование производится путём алюмоорганических комплексных соединений и плавки. Но в основном рафинирование производится методом трёхслойного электролиза в ванных одетых стальным листом при температуре 700-800°C. Нижний анодный слой — это расплавленный алюминий, средний слой — электролит. Верхний катодный слой — чистый алюминий растворяющийся из нижнего слоя в электролите. К верхнему слою подводится графитовый стержень под напряжением. В результате кремний и тяжёлые металлы остаются в анодном слое, а весь алюминий поднимается на поверхность. Полученный сплав разливают. В среднем он содержит:
Полученный в результате рафинирования сплав разливают в формы и получают из него слитки и чушки, которые идут на производство плит, листов, профилей, проволоки, фольги, путём ковки, волочения, проката, штамповки. А порошок получают из жидкого сплава, распыляя на него струю N2 и О2.
В металлах в узлах кристаллической решетки расположены не атомы, а положительно заряженные ионы, а между ними двигаются свободные электроны, но обычно говорят, что в узлах кристаллической решетки находятся [c.21]
КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ МЕТАЛЛОВ [c.22]
Расположение атомов в кристалле весьма удобно изображать в виде пространственных схем, в виде так называемых элементарных кристаллических ячеек. Под элементарной кристаллической ячейкой подразумевается наименьший комплекс атомов, который при многократном повторении в пространстве позволяет воспроизвести пространственную кристаллическую решетку. [c.22]
Размеры кристаллической решетки характеризуются пара метрами, или периодами решетки. Кубическую решетку опреде ляет один параметр — длина ребра куба а (см. рис. 4,а, б) Параметры имеют величины порядка атомных размеров и из меняются в ангстремах. [c.24]
Для краткого обозначения кристаллической решетки с указанием Б этом обозначении типа кристаллической решетки и координационного числа была принята одна из следующих систем [c.25]
Каждый металл обладает определенной кристаллической решеткой. [c.25]
Кристаллические решетки металлических элементов [c.26]
П p II M e Ч a H н e. Модификации марганца имеют сложные кристаллические решетки. [c.26]
Одним из видов несовершенств кристаллического строения является наличие незанятых мест в узлах кристаллической решетки, или иначе — вакансий, или атомных дырок (см, рис. 7,а). Такой точечный дефект решетки играет важную роль при протекании диффузионных процессов в металлах (подробнее см. в гл. ХП1. п. 1). [c.28]
Другим важнейшим видом несовершенства кристаллического строения являются так называемые дислокации. Представим себе, что в кристаллической решетке по каким-либо причинам появилась лишняя полуплоскость атомов, так называемая экстраплоскость (рис. 8). Край 3—3 такой плоскости образует линейный дефект (несовершенство) решетки, который называется краевой дислокацией. Краевая дислокация может распространяться на многие тысячи параметров решетки, для нее вектор Бюргерса (см. с. ООО) перпендикулярен экстраплоскости. В реальных металлах дислокации смешанные на некоторых участках — краевые, на других — винтовые. [c.28]
На этом основании определяются расстояния между атомами, а также и характер расположения атомов в пространстве (т. е. тип кристаллической решетки и ее параметр). [c.36]
Эти особенности существенно отличают магнитное превращение от аллотропического. Типичными для аллотропического превращения являются изменение кристаллической решетки, перекристаллизация и тепловой гистерезис превращения. [c.59]
Естественно, что ири этом выдерживается стехиометрическое соотношение Na l=l 1. Таким образом, даже в кристаллической решетке химического соединения нет молекул. [c.98]
Если кристаллические решетки и неодинаковы, но близки, похожи, например гранецентри.рованные кубические и тетрагональные, то возможен плавный переход от одной решетки к другой с образованием и в этом случае неограниченного твердого раствора [c.103]
Образование твердых растворов на базе химических соединений может сопровождаться не только заменой одних атомов 3 узлах кристаллической решетки другими, но и тем, что отдельные узлы в решетке оказываются не занятыми атомами ( пустыми ). [c.105]
Существует ряд схем и способов описания вариантов взаимного расположения атомов в кристалле. Взаимное расположение атомов в одной из плоскостей показано на схеме разме-ш,ения атомов (рис. 3). Воображаемые линии, проведенные через центры атомов, образуют решетку, в узлах которой располагаются атомы (положительно заряженные ионы) это так называемая кристаллографическая плоскость. Многократное повторение кристаллографических плоскостей, расиолол енных параллельно, воспроизводит пространственную кристаллическую решетку, узлы которой являются местом расположения атомов (ионов). Расстояния между центрами соседних атомов измеря- [c.22]Различие отдельных зерен состоит в различной пространственной ориентации кристаллической решетки (рис. 6). В общем случае ориентация кристаллической решетки в зерне случайна, с равной степеньЕо вероятности может встретиться любая ориентация ее в пространстве. [c.27]
Если вокруг дислокации L (рис. 12) обвести контур AB D, то участок контура ВС будет состоять из шести отрезков, а участок AD из пяти. Разница B —AD = b, где Ь означает величину вектора Бюргерса. Если контуром обвести несколько дислокаций (зоны искажений кристаллической решетки, которые перекрываются или сливаются), то величина его соответствует [c.32]
При переходе из жидкого соетоянпя в твердое образуется кристаллическая решетка, возникают кристаллы. Такой ироцесс называется кристаллизацией. [c.43]
Ато-мы данного элемента могут образовать, если исходить только из геометрических соображений, любую кристаллическую решетку. Однако устойчивым, а следовательно, реально существующим типом является решетка, обладающая иаиболее низким запасом свободной энергии. Так, например, в твердочм состоянии литий, натрий, калий, (рубидий, цезий, молибден вольфрам и другие металлы имеют объемноцентрированную ку бическую решетку алюминий, кальций, медь, серебро, золото платина и др. — гранецентрированную, а бериллий, магний цирконий, гафний, осмий и иекоторые другие — гексагональную [c.55]
V- -a сопровождается уменьшением коордиггяционного числа кристаллической решетки и уменьшением компактности. Если бы это уменьшение не компенсировалось в значительной степени уменьшением атомного радиуса, то железо должно было бы при превращении у а увеличиваться в объеме на 9%. На самом дело (благодаря уменьшению атомного радиуса) объем железа уве- [c.58]
Как было отмечено в гл. I (п. 1), для металл01В характерна металлическая связь, когда в узлах кристаллической решетки расположены положительно заряженные ио ны, окруженные электронным газом. [c.60]
При ynpyroiM деформировании под действием внейшей силы изменяется расстояние между атомами в кристаллической решетке. Снятие нагрузки устраняет причину, вызвавшую изменение межатомного расстояния, атомы становятся на прежние места и деформация исчезает. [c.61]
Рнс. 43. ПластическиП сдвиг в идеальной кристаллической решетке (схема) [c.66]
К самопроизвольным процессам, которые приводят пластически деформированный металл к более устойчивому состоянию, относятся снятие искажения кристаллической решетки и другие В1нутризеренные процессы и рост зерен. Первое е требует высокой температуры, так как при этом происходит незначительное перемещение атомов. Улискажения решетки (как результат многочисленных субмн кролроцессов — уменьшение плотности дислокаций в результате их взаимного уничтожения, так называемая аннигиляция, слияния блоков, уменьшение внутренних напряжений, уменьшение количества вакансий и т. д.). Линии на рентгенограммах деформированного металла, размытые вследствие искажений решетки и нарушений се правильности, вновь становятся четкими. Снятие искажений решетки в процессе нагрева деформированного металла называется возвратом, или отдыхом. В результате этого процесса твердость и прочность несколько понижаются (па 20— 30% по сравнению с исходными), а пластичность возрастает. [c.86]
При образовании химического соединения а) соотношение чисел атомов элементов соответствует стехиометричеокой пропорции, что может быть выражено простой формулой (в общем вице химическое соединение двух элементов можно обозначить АпВт) б) образуется специфическая (отличная от элементов, составляющих химическое соединение) кристаллическая решетка с упорядоченным расположением в ней атомов компонентов. [c.98]
Если строение кристаллической решетки таково, что число атомов А, окружающих каждый атом В, вдвое меньше, чем число атомов В, окружающих атом А, то формула химического соединепия будет АВ2 и т. д. [c.98]
На рис. 79,а представлена кристаллическая решетка тронного химического соединения ujMnSn. Элементарная ячейка usMnSn состоит из 8 атомов меди, 4 атомов марганца и 4 атомов олова. [c.99]
Если у двух металлов с одинаковыми кристаллическими решетками сильно различаются атомные радиусы, то образование твердых растворов между этими металлами сильно искалоет кристаллическую решетку, что приводит (К накоплению в решетке упругой энергии. Когда это искажение достигает определенной величины, кристаллическая решетка становится неустойчивой и наступает предел растворимости. [c.103]
В этих случаях сохраняется решетка химического соединения АпВт, но избыточное количество атомов, например атомов В, растворяется, заменяя в решетке 1какое-то количество атомов А. Возможно также растворение и третьего элемента С в химическом соединении. В этом случае атомы С заменяют в узлах кристаллической решетки атомы А или В. [c.104]Так, например, соединение oAl может кристаллизоваться с избытком кобальта и алюминия по сравнению со стехиометри-ческим соотношением Со А1= 1 1 в последнем случае избыток алюминиевых атомов получился потому, что не все места в кристаллической решетке, где должны быть атомы кобальта, ими заняты. Получаются в кристаллической решетке дыры , пустоты . [c.105]
Явление упорядочения было впервые обнаружено в 1914 г. Н, С, Курнаковым. При изучении электросопротивления сплавов меди и золота было найдено изменение их свойств без видимого изменення микроструктуры. Впоследствии применением рентгеновского анализа было показано, что изменение свойств связано с перераспределением атомов внутри кристаллической решетки. [c.106]
Для прпмера рассмотрим сплавы меди и золота, имеющие одинаковую кристаллическую решетку и неограииченно растворяющиеся в твердом состоянии. В обычном твердом растворе меди и золота отсутствует строгая закономерность в расположении атомов меди и золота в узлах гранецентрированной решетки. Вероятность наличия в данном узле решетки того или иного атома зависит от концентрации сплава. Однако при определенных условиях (при медленном охлаждении твердых растворов большой концентрации) атомы меди и золота занимают определенные места в решетке (рис. 85). [c.106]
Сопротивление материалов 1986 (1986) -- [ c.113 , c.654 ]
Сопротивление материалов (1976) -- [ c.19 ]
Металлургия и материаловедение (1982) -- [ c.0 ]
Металлы и сплавы Справочник (2003) -- [ c.8 ]
Справочник металлиста Том2 Изд3 (1976) -- [ c.7 , c.71 ]
Справочник металлиста Том5 Изд3 (1978) -- [ c.2 , c.70 , c.71 ]
Общая технология силикатов Издание 4 (1987) -- [ c.6 ]
Технология металлов Издание 2 (1979) -- [ c.112 , c.118 ]
Технология металлов и конструкционные материалы Издание 2 (1989) -- [ c.4 , c.6 , c.7 , c.165 ]
Теория сварочных процессов Издание 2 (1976) -- [ c.13 ]
Металловедение Издание 4 1963 (1963) -- [ c.11 ]
Металловедение Издание 4 1966 (1966) -- [ c.15 ]
Общий курс физики Оптика Т 4 (0) -- [ c.387 ]
Ультразвук и его применение в науке и технике Изд.2 (1957) -- [ c.356 ]
Компостируемый полиэтиленовый пакет PLA, 30 x 18 x 60 см (упаковка 500 шт.)
297,09 зл. 267,38 зл. 241,54 зл. 217,38 зл.
Мешочек для столовых приборов натурального цвета с салфеткой 23,5 х 7,3 см (упаковка 500 шт.))
324,12 зл. 291,71 зл. 263,51 зл. 237,16 зл.
Бумажный конус, белый, жиронепроницаемый, 21 х 15 х 15 см, 50 г (упаковка 1000 шт.)
68,40 зл. 46,43 зл. 55,61 зл. 37,75 зл.
SANIT SHINE (контейнер 5 л)
55,62 зл. 50,06 зл. 45,22 зл. 40,70 зл.
Салфетка-диспенсер 1-слойная белая 33 см х 30 см (в упаковке 7200 шт.)
306,30 зл. 243,18 зл. 249,02 зл. 197,71 зл.
Крышка для кейтерингового ящика 35 х 25 х 3 см (упаковка 50 шт.)
65,78 зл. 59,20 зл. 53,48 зл. 48,13 зл.
Тарелка круглая плоская из пшеничных отрубей диаметром 28 см (в упаковке 50 шт.))
45,90 зл. 43,71 зл. 45,90 зл. 43,71 зл.
Контейнер для супа ⌀ 90 мм, 240 мл (в упаковке 25 шт.)
38,18 зл. 34,36 зл. 31,04 зл. 27,93 зл.
CLEAN PUR (контейнер 5 л)
62,83 зл. 56,55 зл. 51,08 зл. 45,98 зл.
Салфетка "Royal Collection" черная 48 см x 48 см (в упаковке 50 шт.))
33,93 зл. 30,54 зл. 27,59 злотых 24,83 зл.
Кружка фингерфуд прозрачная, "Жестяная банка", фи 60 мм 110 мл (в упаковке 12 шт.)
31,80 зл. 23,44 зл. 25,85 злотых 19,06 злотых
Фингерфуд - хрустальная кружка, 4,2 х 4,2 х 7,9 см, 50 мл (в упаковке 20 шт.)
24,77 зл. 18,24 зл. 20,14 злотых 14,83 зл.
Лоток для крафт-бумаги L 21,5 х 15,5 х 5 см (упаковка 50 шт.))
19,99 злотых 19,99 злотых 16,25 злотых 16,25 злотых
Салфетка 3-х слойная 33 см х 33 см светло-серая "Листовая" (в упаковке 30 шт.)
5,88 зл. 5,29 злотых 4,78 зл. 4,30 злотых
Контейнер двухсторонний запаивающий 4,2 см х 24,5 см х 26,5 см (упаковка 50 шт.)
81,69 зл. 73,52 зл. 66,41 зл. 59,77 зл.
Clinex Smog (контейнер 5 л)
104,10 зл. 93,69 зл. 84,63 зл. 76,17 зл.
Бумажный контейнер, круглый, ⌀ 165 мм, 1030 мл (в упаковке 40 шт.)
70,24 зл. 63,22 зл. 57,11 зл. 51,40 зл.
Пипетка прозрачная, 15,5 см, 2 мл (в упаковке 100 шт.)
29,00 злотых 24,23 злотых 23,58 зл. 19,70 злотых
Фингерфуд - палочки стейк "МЕДИУМ" (упаковка 250 шт.))
9,84 зл. 8,63 зл. 8,00 злотых 7,02 зл.
Картонный вкладыш 25,8 х 11 х 10 см (упаковка 100 шт.))
51,97 зл. 46,77 зл. 42,25 зл. 38,02 зл.
Большая, высокая коробка 22 х 12 х 11 см + вкладыш (упаковка 100 шт.)
112,13 зл. 100,92 зл. 91,16 зл. 82,05 зл.
Туалетная бумага JUMBO 2-слойная 26 см x 220 м (упаковка из 6 шт.))
74,66 зл. 56,01 зл. 60,70 зл. 45,54 зл.
Мешок для мусора ПВД 32 мкм, 35 л (упаковка 20 шт.)
3,26 зл. 2,94 зл. 2,65 злотых 2,39 злотых
Покрывало из пальмовых листьев 14 см х 18 см х 2 см (упаковка 25 шт.)
44,36 зл. 39,92 зл. 36,07 зл. 32,46 зл.
Джутовая дорожка 10 м х 15 см (в упаковке 1 шт.)
42,36 зл. 38,12 зл. 34,44 зл. 30,99 зл.
FRESH AIR цветочный (контейнер 0,5 л)
17,51 злотых 15,76 зл. 14,24 злотых 12,81 зл.
Крышка для лотка для суши 19 х 13,6 х 3,2 см (в упаковке 50 шт.)
36,95 зл. 33,26 зл. 30,04 зл. 27,04 зл.
Поднос из папиросной бумаги серый "Royal Collection" 3 м х 40 см (в упаковке 1 шт.)
10,63 злотых 8,95 злотых 8,64 зл. 7,28 зл.
3-х слойная салфетка 40 см x 40 см "Графические листья" (20 шт.))
8,42 зл. 7,58 зл. 6,85 злотых 6,16 злотых
Контейнер с рПЭТ, круглый ⌀ 232 мм, 1500 мл (в упаковке 50 шт.)
40,18 зл. 36,16 зл. 32,67 зл. 29,40 злотых
АКВАФИН-ИК Кристаллический гидроизоляционный раствор для больших бетонных конструкций
ОСНОВНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Ингибирует карбонизацию.
Одобрено для питьевой воды.
Активно заполняет трещины в бетоне.
ПРИМЕНЕНИЕ
Для надежной герметизации бетонных оснований.
ПРЕИМУЩЕСТВА
Для использования на влажных основаниях.
Проникает в бетон через капилляры.
Остается постоянно активным.
Не содержит хлоридов.
Выдерживает высокое гидростатическое давление.
Заделывает трещины в основании до 0,4 мм.
РАСХОД:
около 0,75 - 1,5 кг/м²
ДИАПАЗОН
| Заказ № | Цвет | Размер упаковки | Единица/поддон |
| 204220-001 | серый | Мешок 25 кг | 42 |
Важно!
Условия заказа и доставки товара:
Оформление заказа покупателем путем добавления товара в корзину не равносильно покупке товара.Продавец расценивает это как предварительный заказ. Только после того, как стоимость доставки была рассчитана и принята заказчиком, продавец начинает договор.
Стали с антикоррозионными свойствами составляют всего несколько процентов от всех сплавов, используемых в промышленности. Тем не менее, тенденция растет, и материалы используются в других областях. Это сплавы железа с углеродом, в которые добавляются рафинирующие элементы в виде хрома и никеля. Благодаря этому материалы приобретают свои антикоррозионные свойства. По отношению к ним чаще всего используется термин «нержавеющая сталь», но некоторые специалисты и подрядчики относят и кислотоупорную сталь.В чем разница между этими материалами?
Предложив номенклатуру, можно прийти к однозначному выводу, что кислотоупорная сталь выдерживает действие кислот, а нержавеющая сталь устойчива к коррозионным процессам. Однако это существенное упрощение, поскольку и популярное кислотное железо является материалом с антикоррозионными свойствами, и нержавеющая сталь лучше черной стали с кислотостойкостью. Это одна из причин, почему возникают проблемы с классификацией обоих типов материала.
Большинство сомнений может развеять ссылка на устаревший, но использовавшийся в прошлом польский стандарт на эти материалы, т.е. PN-71/H-86020.Стандарт признал все материалы с содержанием хрома выше 12% нержавеющими сталями. Среди сталей было выделено несколько вариантов, отличающихся своей кристаллической структурой.
Одной из разновидностей была кислотоупорная сталь, которая могла быть хромовым или хромоникелевым сплавом. Во втором случае содержание добавок определяли на уровне 15 - 20 % хрома и 8 - 14 % никеля. Такая сталь должна была иметь аустенитную кристаллическую структуру, обеспечивающую достаточную стойкость ко всем органическим кислотам и большинству неорганических кислот.
Еще одной причиной частой путаницы между фитингами из нержавеющей стали и фитингами из кислотостойкого материала является действующий в настоящее время европейский стандарт PN-EN 10088. и жаропрочных сталей. Между тем классификации и подразделения сплавов относят кислотоупорную сталь к категории нержавеющих сталей. В результате кислота практически перестала фигурировать в технической терминологии.
Можете ли вы отличить кислоту от нержавеющей стали с двумя плоскими стержнями в руке? Безусловно, специалисты могут увидеть разную структуру и способ отделки того или иного материала. Проблема возникнет в случае одного плоского стержня, который необходимо отнести к определенной группе. Как с этим бороться? Самый простой метод здесь — поместить магнит на материал. Для всех типов стали, как из углеродистой, так и из нержавеющей стали, будет видно явление магнитного притяжения.С другой стороны, аустенитная структура, отличающая кислотоупорную сталь, не является магнитной.
Существуют также методы воздействия на материал соответствующими химическими соединениями, что позволит оценить их кислотостойкость. Пользователю будет проще прочитать из спецификации изделия тип стального сплава, который использовался при производстве кислотостойких труб или ниппелей. Наиболее распространены здесь сплавы 0х28Н9, 1х28Н12Т, х27Н13М2Т. Еще проще было решить проблему с крепежом.Кислотостойкие болты, гайки и даже фитинги маркируются символом А4, а антикоррозийные изделия – А2.
Использование высококачественных антикоррозионных сталей постоянно увеличивается. Такой материал находит применение в современном гражданском строительстве, транспорте и промышленности. Где кислотостойкая сталь будет работать лучше, а в каких областях должна преобладать нержавеющая сталь?
Нержавеющие стали используются в основном в строительной отрасли.Они используются для создания элементов, подвергающихся воздействию элементов. Из-за более высокой цены сплава его применяют только в тех местах, где обычная оцинкованная черная сталь с ним не справится. Элементы из этого сплава также часто используются в машиностроении и используются для изготовления деталей машин, компонентов в автомобильной промышленности или элементов дорожного строительства. Кроме того, трубы из нержавеющей стали используются для создания установок в пищевой и перерабатывающей промышленности.
Уникальные свойства кислотостойкой стали, естественно, способствуют ее уникальному применению. Этот материал в основном используется в местах, где условия оказываются слишком требовательными для нержавеющей стали. Поэтому Kwasówka в основном используется в химической промышленности, а также в энергетическом секторе. Из такой стали изготавливают установки для передачи агрессивных химических соединений. Часто материалы и крепеж из нержавеющей стали используются в судостроительной промышленности. Их используют для постройки не только самих судов, но и наземных сооружений, контактирующих с морской солью.
Новые стандарты и фактическое отсутствие кислотоупорной стали в стандартах привели к отказу от использования ее названия. Это часто приводит к чередованию терминов «кислотостойкая сталь» и «нержавеющая сталь». Между тем специалисты рекомендуют использовать именно эту номенклатуру. Благодаря этому в хороших оптовиках вы получите товар с нужными вам свойствами.
.Что такое солнечная батарея?
фотоэлектрические элементы, солнечные элементы или фотоэлектрические элементы представляют собой устройства, которые преобразуют энергию солнечного излучения непосредственно в электричество.
Строительство фотогальванических элементов
Большинство производимых в настоящее время фотоэлектрических элементов основаны на полупроводниковых p-n переходах.Солнечная батарея состоит из двух слоев: одного отрицательно заряженного, а другого положительно заряженного. Когда солнечный свет падает на солнечный элемент, он инициирует физическую реакцию, в результате которой возникает постоянный ток. Поскольку большинство электроприборов и электросетей используют переменный ток, вырабатываемый постоянный ток должен быть преобразован в переменный ток соответствующего напряжения. Этот процесс выполняется с помощью преобразователя, называемого инвертором.
Описание явления - чтобы понять процесс выработки электричества в фотогальваническом элементе, нам нужно вспомнить природу света из физики.Согласно теории Эйнштейна о корпускулярно-волновой природе излучения, солнечный свет можно трактовать как волны, распространяющиеся в пространстве с определенной частотой, или поток фотонов (квантов), каждый из которых несет энергию. При столкновении фотонов с электронами они передают всю переносимую ими энергию, а при достаточно большом значении имеет место явление фотоэмиссии , т.е. электроны выбиваются с атомных орбит. Атом, потерявший электрон, приобретает положительный заряд «+е», а место, где отсутствует электрон, называется по дырке (с).Явление электронной фотоэмиссии быстрее всего происходит в атомах с большим количеством так называемых валентные электроны движутся по наиболее удаленным от ядра орбитам. Примером такого элемента является кремний, который имеет 4 валентных электрона на своей последней оболочке. Кремний хоть и не металл, но обладает способностью проводить электричество. Однако эта проводимость низкая, поэтому в методике используется модифицированный кремний в качестве полупроводника «n» и «p» типов. n (отрицательный) полупроводник получают путем добавления пятивалентных легирующих примесей в процессе выращивания кристаллов, т. е. тех, у которых на 1 валентный электрон больше, чем у кремния (например,фосфор, мышьяк, сурьма). Из-за отсутствия пары этот пятый электрон не будет участвовать в образовании ковалентной связи. Он будет слабо связан с ядром, поэтому для разрыва этой связи потребуется небольшое количество энергии.
Полупроводник p (положительный) получают аналогично добавлением в кристалл трехвалентных элементов (например, бора, индия, алюминия), что приведет к разрушению одной из ковалентных связей в кристаллической решетке и образованию электронных дырок .
Когда оба полупроводника соединены вместе, между ними создается разность потенциалов и начинает течь ток. Его величина невелика, но если мы приложим к системе энергию фотонов, то разность потенциалов резко возрастет.
Строительство фотогальванического элемента
Один фотогальванический элемент состоит из кремниевой пластины. На верхней поверхности пластины размещен собирающий электроны электрод в виде сетки, а на нижней поверхности размещен нижний электрод в виде металлического слоя
Одиночные кремниевые элементы изготавливаются размерами 4×4″, 5×5″ и 6×6″, т.е. от 10×10 до 15×15 см, и способны генерировать ток мощностью 1-6,97 Вт. .На практике количество энергии, получаемой от одного элемента, обычно не превышает 4 Вт. Элементы соединяются последовательно и параллельно, образуя батареи (фотоэлектрические панели). Одна панель уже способна генерировать мощность до 300 Вт.
Типы фотогальванических элементов
Кремниевые элементы (1-го поколения)
Наблюдая за фотоэлектрическими панелями на выставке, мы, конечно же, заметили разные цвета и формы отдельных ячеек. Это связано с их конструкцией и производственным процессом.Наиболее популярными и, безусловно, наибольшей долей на рынке являются так называемые 1-е поколение изготовлено из кремниевых пластин толщиной 0,1-0,3 мм, отсюда и другое название - толстослойный. Эти элементы имеют n-p переход и изготовлены из монокристаллического или поликристаллического кремния.
Монокристаллические элементы - изготовлены из одного кристалла кремния с упорядоченной внутренней структурой, в них достигается наивысший КПД (до 22 %) и наибольший срок службы, но они дороги.В настоящее время они занимают наибольшую долю рынка. Производство монокристаллических элементов требует производства отдельных кристаллов кремния. На практике чаще всего используется процесс Czochralski , который заключается в извлечении монокристалла кремния из расплавленной массы поликристаллов. Ядро, вокруг которого постепенно растет кристалл кремния, представляет собой кремниевый стержень. Тигель с культивируемым кристаллом дополнительно вращают для улучшения распределения температуры.В результате получается цилиндрический монокристалл с кристаллографической ориентацией затравки. Размеры и форма культивируемого кристалла (диаметр и длина) контролируются скоростью продвижения и скоростью вращения зародыша, но ограничиваются параметрами используемой для культивирования системы.
Рис. Процесс роста кристаллов кремния происходит при температуре 1400°С (справа), слева готовые кремниевые стержни, которые нужно разрезать на пластины.
Рис.Слева схема вращающегося тигля для метода Чохральского, справа - внушительный кремниевый кристалл.
Рис. Этапы метода Чохральского (1) плавление материала, (2) температурная стабилизация, (3) контакт зародыша с расплавом,
(4) кристаллизация расширения зародыша, (5) увеличение диаметра (начальный конус), (6) увеличение цилиндрической части.
Скорость роста кристаллов колеблется от 10 до даже 50 мм/час. Обычно требуется около 30 часов, чтобы вытащить цилиндр длиной 1 м.Выращенный кристалл цилиндрической формы сначала разрезают на вертикальные столбики с закругленными сторонами,
, а затем с помощью лазера или проволоки из нержавеющей стали на так называемом «Вафли» из пластины толщиной 0,3 мм и радиусом от нескольких до нескольких сантиметров. Такие плитки имеют (p-) заряд и технология такого типа называется толстослойной. В одиночных пластинах в тонком поверхностном слое за счет диффузии фосфора создается область типа (n+). Соединение двух таких пластин вместе дает (p-n) переход.
Кристаллический кремний, а точнее его поверхность, имеет свойство отражать падающий солнечный свет (даже до 40%). Для предотвращения этого на поверхность пластины наносится тонкий антибликовый слой. Дальнейшее производство заключается в нанесении токопроводов из тонких полосок алюминиевой фольги и защите всей ячейки от погодных условий специальным слоем органической фольги EVA (этиленвиниловая кислота). Благодаря такой герметичной конструкции ячейки могут работать в круглогодичных установках более 25 лет.
Затем выращенный кристалл цилиндрической формы лазером разрезается на пластины толщиной 0,3 мм и радиусом от нескольких до нескольких сантиметров. Такие плитки имеют (p-) заряд и технология такого типа называется толстослойной. В одиночных пластинах в тонком поверхностном слое за счет диффузии фосфора создается область типа (n+). Соединение двух таких пластин вместе дает (p-n) переход.
Кристаллический кремний, а точнее его поверхность, имеет свойство отражать падающий солнечный свет (даже до 40%).Для предотвращения этого на поверхность пластины наносится тонкий антибликовый слой. Дальнейшее производство заключается в нанесении токопроводов из тонких полосок алюминиевой фольги и защите всей ячейки от погодных условий специальным слоем органической фольги EVA (этиленвиниловая кислота). Благодаря такой герметичной конструкции ячейки могут работать в круглогодичных установках более 25 лет.
Рис. Одиночная монокристаллическая ячейка и фрагмент панели.
Ячейки поликристаллические - обычно изготавливаются методом тигельного литья (рис. слева). Необработанные куски кремния расплавляют в тигле прямоугольной формы, чтобы сформировать один большой блок кремния. Затем его разрезают на кубы и далее на
толстых «вафли».Дальнейшая обработка:
- плитка шлифовальная
- наложение текущих путей трафаретной печатью
- нанесение антибликового слоя
КПД поликристаллических модулей 15-18%.Так что он ниже, чем у монокристаллических элементов, но в то же время дешевле в производстве. Стоимость производства поликристаллической ячейки составляет 2,3 злотых / Вт, а монокристаллической - 2,5 злотых / Вт.
Рис. Одиночная поликристаллическая ячейка и фрагмент панели.
Элементы второго поколения
Также строятся на основе n-p перехода, но не из кристаллического кремния, а, например, из теллурида кадмия (CdTe), смесей меди, индия, галлия, селена (CIGS) или аморфного кремния (a-Si) .
Их характерной особенностью является очень малая толщина светопоглощающего полупроводникового слоя, которая обычно колеблется в пределах 0,001-0,08 мм, отсюда и другое название тонкопленочные элементы. Благодаря значительному сокращению потребления полупроводников их производство намного дешевле, а весь процесс более автоматизирован. Фотоэлементы 2-го поколения не имеют строго определенного материала, из которого они изготовлены. Его структура может быть как кристаллической, так и аморфной. Важнее процесс их производства тонкопленочным методом через:
- распыление
- осаждение из паровой фазы
- эпитаксия
Меньшая толщина слоя поглотителя солнечного излучения приводит к более короткому пути луча в материале, что приводит к более быстрому поглощению как можно ближе к поверхности клетки.Это определяет использование материалов с поглощающими свойствами при производстве этого слоя, таких как: теллурид кадмия, нитрид индия, фосфид индия и др.
ячейки 3-го поколения
У них уже нет классического p-n перехода, механизм образования электрического заряда в них характерен для данного процесса и решения и является инновационным. В настоящее время существует не менее пяти типов таких клеток:
- элементы в светоконцентрирующих системах (ФЭ концентраторы)
-
высокопроизводительные многопереходные полупроводниковые структуры- клетки, сенсибилизированные красителем
- Органические клетки ОПВ
- другие ячейки, напр.перовскит
Элементы третьего поколения в настоящее время мало используются из-за их все еще короткого срока службы и часто низкой эффективности.
Характеристики выбранных
ячеек
Элементы из монокристаллического кремния
Они имеют темный однородный цвет и занимают наибольшую долю рынка. технология их производства описана выше. Монокристаллические элементы имеют очень высокий КПД, достигающий в настоящее время 20% и более.Однако добираются до него только в солнечные безоблачные дни. Их производительность значительно падает, когда облачно. Еще одним недостатком этого типа элементов является высокая скорость потери мощности при повышении температуры, обычно от 0,4-0,5%/°С.
Монокристаллический кремний также используется для изготовления ячеек с гетеропереходом, которые, помимо монокристаллического кремния, также имеют два тонких слоя аморфного кремния (HIT - гетеропереход с внутренними тонкослойными ячейками). Это решение обеспечивает высокую эффективность благодаря поглощению низкоэнергетического рассеянного света, который возникает в пасмурные дни.
Ячейки типа HIT
Модуль Sanyo HIT-N230, продемонстрированный на пресс-конференции Sanyo Electric Solar Division , основан на использовании одного слоя монокристаллического кремния n-типа, прилегающего к
с очень тонкими слоями аморфного кремния n-типа с одной стороны и p-типа с другой. Ячейки ударного типа имеют КПД 22,8% и толщину всего 98 мкм. Такое тонкое звено снижает себестоимость производства, что является основным барьером для популяризации этого способа получения зеленой энергии .Технология производства этого типа ячеек позволяет использовать низкие температуры, что вызывает лишь незначительную диффузию примесей к подложке при напылении отдельных слоев. Преимуществом ячеек является гораздо более высокая эффективность при высоких температурах, а также более высокая эффективность в типичных условиях эксплуатации. Модуль Sanyo N230 характеризуется КПД, т.е. отношением преобразованной энергии к отданной энергии на уровне 20,7%. Такой высокий результат был достигнут за счет увеличения количества электрических соединений между отдельными ячейками при уменьшении их поперечного сечения.Кроме того, клетки были покрыты слоем серебра, что уменьшало степень светорассеяния и отражения. Модули Sanyo N230 поступили в продажу в Японии осенью 2010 года и в Европе в начале 2011 года .
Компания Sanyo производит ячейки HIT классической формы и модернизированные до формы сот (Honeycomb Design - HD). Последнее решение позволяет более эффективно использовать кристаллы кремния.
Рис.Внешний вид панели Sanyo HIT h350E01
Все задние контакты
Другим решением для высокоэффективных монокристаллических элементов являются элементы All Back Contact типа , в которых оба электрода расположены на задней стороне элемента. В камерах этого типа нельзя увидеть характерные электродные нити на передней стенке, поскольку оба электрода расположены на задней стенке камеры. Это позволяет увеличить поверхность поглощения излучения и достичь эффективности на уровне более 22%.В настоящее время они являются самыми эффективными коммерческими фотоэлектрическими элементами в мире. Их недостатком является склонность к поляризации, что приводит к деградации из-за индуцированной напряжением PID (потенциальной индуцированной деградации).
Рис. Конструкция заднего контактного звена.
Рис. Вид на звено слева - сзади, справа спереди.
Аморфные элементы - изготовлены из аморфного, аморфного некристаллизованного кремния, диффундированного 8-12% водорода (a-Si:H).Они характеризуются низким КПД в пределах 6-8% и невысокой ценой. Ячейка изготавливается путем нанесения тонких слоев кремния на стекло, нержавеющую сталь или пластик. Обычно они имеют характерный слегка бордовый цвет и не имеют видимых кристаллов кремния. Они обычно используются в калькуляторах. Толщина слоя кремния, нанесенного на стекло, здесь составляет 2 микрона. Производительность солнечной батареи из аморфного кремния обычно снижается в течение первых шести месяцев работы (т.эффект Стеблера-Вронского SWE). Это снижение может составлять от 10% до 30% в зависимости от качества материала и конструкции устройства. Большая часть этих потерь связана с коэффициентом заполнения FF, который падает с начального значения 0,7 до 0,6. После этого начального снижения эффект достигает равновесия с небольшим ухудшением. Равновесный уровень меняется в зависимости от рабочей температуры, так что эффективность модулей в летние месяцы немного повышается, а в зимние месяцы снова падает. Большинство имеющихся в продаже модулей a-Si имеют ухудшение SWE в диапазоне 10-15%, и поставщики обычно указывают производительность на основе производительности после того, как ухудшение SWE стабилизируется.В результате «свежесобранные» модули аморфного кремния вырабатывают в начальный период работы гораздо большие мощности, которые могут составлять
проблема для инверторов.
Проблема низкой эффективности панелей из аморфного кремния решена путем внедрения:
- нанокристаллический кремний вместо аморфного кремния
- работа при более высокой температуре. Это может быть достигнуто за счет включения фотоэлектрических модулей в фотоэлектрический гибридный тепловой солнечный коллектор (PVT).PVT может работать при более высоких температурах, чем стандартный PV, повышает КПД на ~10%.
— многопереходная конструкция, содержащая материалы, уложенные друг на друга и поглощающие разные части спектра излучения. Это обеспечило высокий КПД 17-24%.
Преимуществом аморфных ячеек является относительно высокая эффективность в пасмурные дни за счет поглощения низкоэнергетического излучения, что обеспечивает небольшое снижение мощности аморфных панелей по сравнению с монокристаллическими панелями в условиях сильной облачности.
Многоточечные каналы
Изготовлены из смеси таких элементов, как медь, индий, галлий и селен. В технологии производства используется послойное нанесение. В случае ячеек CIGS также используется метод промышленной печати. В этой технологии фотоэлектрический модуль обычно состоит из одной большой ячейки
.КПД вышеуказанных ячеек соответственно:
- модули CdTe - 12-14% (последние данные за 2016 год от крупнейшего в мире производителя First Solar уже указывают на средний КПД 16,6%)
- Модули CIGS - 13-16%
- модули аморфного кремния a-Si - 6-8%
Рис.Строительство ячейки CIGS.
Лучшим материалом, используемым в настоящее время в производстве фотогальванических элементов с точки зрения эффективности, является арсенид галлия (GaAs) с эффективностью 35%. Однако из-за очень дорогих технологий практического применения в промышленности он не имеет, установки-прототипы применялись только в космонавтике. Схема структуры CIGS представлена на рисунке справа. Абсорбирующий слой получают путем термического испарения из четырех источников на натриевое стекло с металлическим покрытием.Эта металлизация является тыльным омическим контактом ячейки, к которой подключается
., токоведущие жилы соединены и выполнены из тонкого слоя молибдена -
Металл, обеспечивающий омический контакт с CIGS.
Клетки для окрашивания (DSC или DSSC)
В основе клеток этой группы лежит обратимый фотохимический процесс. Поглотитель представляет собой краситель (органический или неорганический), который поглощает излучение значительно ниже 900 нм. Мембрана из диоксида титана, насыщенная электролитом (раствором йода и йодида калия) и красителем, помещается между двумя слоями проводящего оксида (ТСО).Молекула красителя, поглощая фотон, временно повышает свою энергию (возбуждается) и передает ее диоксиду титана в виде свободного
электронов, которые переносят электрический заряд на задний электрод TCO. Краситель восстанавливается в реакции с электролитом, который, в свою очередь, возвращается в исходное состояние, забирая электрон с переднего электрода (TCO, легированный платиной). Ячейки ДСК с такой структурой достигают лабораторной эффективности до 11 процентов. (клетки Гретцля с красителем на основе полипиридильных комплексов рутения и осмия).
Рис. Конструкция красильной камеры.
Несомненным преимуществом сенсибилизированных красителем клеток является их низкая чувствительность к
при изменении температуры, недостатком является необходимость использования жидкого электролита, что существенно ограничивает срок их службы. Решением этой проблемы может быть компромисс с точки зрения эффективности и долговечности, достигаемый за счет использования полимерного гелевого электролита или отказ от электролита в пользу твердого полупроводника p-типа.
) и возможность использования возобновляемых органических соединений.
Их можно использовать в прозрачных элементах, таких как стекла дисплеев, световые люки
Органические клетки
В их основе лежат органические полупроводниковые материалы (полимеры, олигомеры, дендримеры), в которых при поглощении излучения образуются экситоны - пары соединенных между собой зарядов с противоположными полюсами. Процесс диссоциации (разрушения) экситона высвобождает заряды и позволяет им мигрировать к электродам.Разделение происходит в области интерфейса металл-полупроводник, а также на границе между донорным и акцепторным органическим материалом. Ячейки выполнены в тонкопленочной технике на стеклянных подложках с передним ТСО-электродом и задним алюминиевым электродом, выполняющим также функцию зеркала. Органический поглотитель может быть реализован в виде
однослойного полимера, двух слоев различных полимеров с гетеропереходом или их смесей (гетеропереход - пространственный), а также многослойных.Эффективность ячеек гетероперехода
составляет в среднем от 0,007 до 1 процента, а в случае сложных многослойных конструкций достигает 5 процентов. Важнейшими преимуществами органических клеток являются: их превосходное поглощение
до 90 процентов. всего 100 нм, нетоксичен и имеет очень низкие производственные затраты. Самыми большими недостатками являются: сложный процесс создания свободных носителей, высокая
внутренние потери, высокий риск повреждения при высоких температурах и нестабильность параметров при длительном сроке эксплуатации.
В Польше органические элементы производятся компанией Konarka под названием «Пауэр пластик»
Пластиковые фотоэлементыPower изготовлены из специальной полимерной краски методом печати. Их энергоэффективность невысока и не превышает 6%, как и долговечность, оцениваемая в 5 лет (кремний до 30 лет). Преимуществом такого решения является возможность изготовления любой клеточной конструкции и размещения ее на любой поверхности необычной формы.
Рис.Слева Огниво Конарка.
Двойные звенья
Это решение для узкого применения, для ограждений, витрин, ограждений. Двустороннее звено имеет передний слой и предназначено только для поглощения солнечной энергии. Обычно конверсия излучения лицевой стороны выше, чем у тыльной стороны. Ячейки этого типа позволяют использовать энергию отраженного света. В особых условиях (угол падения лучей) прибыль от их использования может достигать от 5 до 50%. Обычно они достигают наибольшей эффективности там, где панель должна находиться под углом 90° к земле, а солнце совершает долгое путешествие по небу.
Рис. Слева, двустороннее звено, конструкция. Внизу внешний вид одиночной ссылки и пример использования в панели отображения.
Клетки, использующие другие феномены
Ведутся исследования по использованию квантовых наноструктур (ям, проводов и квантовых точек) в фотогальваническом преобразовании, что позволило бы поглощать большее количество энергии, переносимой лучом белого света, без потерь, связанных с возникновением максимальной чувствительности для данного материала только для излучения определенной длины.Изменяя размеры квантовых наноструктур, их можно сделать чувствительными к определенным длинам волн — аналогично изменению красителя в
сенсибилизированных клетках.с красителем. Преимущество наноструктур заключается в возможности одновременной сенсибилизации клетки к нескольким или даже нескольким десяткам различных длин волн. Изготовление квантовых структур из нескольких
до нескольких десятков нанометров возможно только при использовании очень дорогих и строго контролируемых методов эпитаксиального выращивания кристаллических слоев (например,эпитаксия молекулярными пучками). Стоимость, однако, может быть компенсирована высокой эффективностью ячеек, используемых в системе с концентраторами. Квантовые структуры могут быть использованы как для повышения эффективности кристаллических ячеек первого поколения, так и в новых технологиях, например, с электролитическим носителем заряда.
Рис. Структура ячейки с квантовыми точками.
На основе квантовых точек построены многие устройства, в том числе транзисторы, светодиоды, лазеры, медицинские маркеры, носители лекарств, красители DSSC (сенсибилизированные красителем солнечные элементы). Исследователи из LANL и UNIMIB разработали и изготовили так называемый Люминесцентный солнечный концентратор (LSC). Аппарат в виде пластины или полимерной пленки содержит люминесцентные центры, благодаря которым происходит поглощение падающей солнечной радиации. Полимерная матрица концентратора работает как оптическое волокно. Он ограничен краями, где размещены фотоэлементы. Поглощенное центрами (точками) излучение направляется на край концентратора, где затем преобразуется в электричество.Центры действуют как набор светопоглощающих антенн, которые фокусируют солнечное излучение, собранное с большой площади, на гораздо меньшую площадь фотоэлементов по бокам. Это приводит к значительному увеличению интенсификации производства энергии.
Инновационное устройство с квантовыми точками имело искусственно созданное большое расстояние между полосой поглощения и полосой излучения (так называемый большой стоксов сдвиг). Квантовые точки были изготовлены из структур селенида кадмия и сульфида кадмия (CdSe/CdS).Поглощение света происходило через относительно толстое покрытие CdS, а излучение происходило за счет внутренней части CdSe. Разделение функций поглощения и испускания света между двумя элементами люминесцентного наноцентра значительно уменьшило потери при реабсорбции излучения.
Рис. Принцип работы ячейки с квантовыми точками ( Квантовые точки поглощают излучение и транспортируют его через пластиковую матрицу ПММА к фотоячейкам по краям)
Квантовые точки, работающие таким образом, помещались в прозрачную полимерную пластину из полиметилметакрилата (ПММА) с размерами, соответствующими стандартному стеклу.Спектроскопические измерения практически не показали потерь при прохождении излучения на расстояние в несколько десятков сантиметров. Кроме того, исследования с использованием моделируемого солнечного излучения показали, что устройство имеет эффективность поглощения фотонов около 10% (для человеческого глаза пластина с квантовыми точками была такой же прозрачной, как традиционное оконное стекло).
Перовскиты - это материалы с особым расположением кристаллической решетки. Их свойства определяются не составом, а структурой расположения атомов.Своим названием они обязаны русскому геологу Льву Перовскому, чей друг, немец Густав Розе, первым классифицировал это характерное расположение атомов на основе титаната кальция, обнаруженного в уральских породах. Это произошло более ста лет назад, и с тех пор все, что имеет такое же расположение атомов, как у титаната кальция, называется перовскитом.
Как нетрудно догадаться, существует множество различных типов перовскитов. Некоторые из них встречаются в природе (например, в горных породах, магме), другие могут быть получены в лабораториях путем химического синтеза.Наиболее интересны так называемые гибридные перовскиты. Это означает, что они представляют собой частично органический и частично неорганический материал. Такое сочетание очень редко встречается в природе и приводит к чрезвычайно уникальным свойствам.
Перовскиты являются отличными поглотителями света. Даже лучше, чем действующий чемпион арсенид галлия, который, в свою очередь, намного лучше самого популярного сегодня кремния. В результате они способны поглощать свет ультратонкими слоями.Это снижает расход материала, необходимого для производства такой клетки, как минимум в три раза. Поскольку этот материал производится путем химического синтеза из очень дешевых исходных материалов, ресурсы, как и в случае с кремнием, теоретически неограниченны. Также очень практично, что клетки можно производить с помощью мокрого химического процесса. Это означает, что, например, такой перовскит можно просто распечатать.
Эффективность солнечных элементов на основе перовскита составляет до 20%.Однако это не самый ценный материал, так как это материал, который можно наносить практически на любую поверхность. По этой технологии мы скоро сможем сделать фотоэлемент не только на фрагменте крыши, но и на всей крыше. Связующим будет плитка, покрытая перовскитом, или все стекло в окне. Ссылкой может быть чехол для ноутбука, корпус яхты и т.д. возможности практически безграничны. Польская компания Saule Technologies занимается разработкой технологий.
Рис.Кристаллическая структура перовскита
.Компания SELFA GE S.A. имеет большой опыт в технологии производства кремниевых фотоэлектрических модулей, подкрепленный многолетним сотрудничеством с научными учреждениями и специалистами со всей Европы.
Мы постоянно проводим исследовательскую работу для улучшения характеристик, качества и долговечности нашей продукции. Это одна из причин, по которой в декабре 2018 года был создан Центр исследований и разработок Selfa GE.А. - см. фильм
Наши фотоэлектрические модули производятся на автоматизированной производственной линии с использованием новейших технологических решений, что гарантирует высокое качество и повторяемость процесса.
Пленка - Производство солнечных панелей - Selfa
Основным сырьем для производства как моно-, так и поликристаллических фотоэлементов является кристаллический кремний высокой чистоты (c-Si).
Первым этапом процесса изготовления ячейки является химическое удаление примесей, образующихся в процессе разрезания кремниевого блока на тонкие пластины (толщина обычно находится в диапазоне 180–220 мкм). Затем кремниевые пластины текстурируют, чтобы увеличить поверхность, активную по отношению к солнечному излучению.
За счет диффузии фосфора в клетке образуется p-n-переход. Легированный p-переход ячейки нагревают в печи в атмосфере газовой фазы фосфора.Атомы фосфора диффундируют в кремний и создают на его поверхности примесь типа n.
На активную сторону элемента нанесено антибликовое покрытие, повышающее поглощение солнечного излучения и улучшающее электрические параметры элемента. Антибликовое покрытие создается путем нанесения нитрида кремния на поверхность.
На следующем этапе методом трафаретной печати на поверхность клетки наносится проводящая металлическая сетка. Эта сетка предназначена для сбора электрических зарядов со всей поверхности клетки.На нижней и верхней стороне ячейки также создаются тонкие шины (в настоящее время мы используем ячейки 10ВВ), к которым позже в процессе производства модуля будут припаяны соединительные планки.
Готовые фотоэлементы затем классифицируются по их электрическим и оптическим свойствам, сортируются и подготавливаются для производства фотоэлектрических модулей.
Рис. Строительство фотоэлектрического модуля
При нормальной эксплуатации в атмосферных условиях фотоэлектрический модуль часто подвергается воздействию как низких, так и высоких температур, дождя, снега и т.д.Поэтому очень важно, чтобы все электрические компоненты были постоянно герметичны от внешних воздействий.
Первым этапом производства фотоэлектрических модулей является последовательное соединение солнечных элементов медными соединительными лентами. В процессе пайки выполняется автоматический визуальный контроль, чтобы предотвратить попадание поврежденных элементов в модуль. Соединённые ячейки помещаются на закаленное стекло, покрытое фольгой из ЭВА, а затем электрически соединяются друг с другом.
| Фото. Технология производства солнечных модулей в SELFA GE S.A. | ||||
После соединения полной «матрицы» ячеек наносятся последовательные слои фольги ЭВА и электроизоляционной фольги для защиты модуля от внешних факторов.Подготовленный таким образом модуль ламинируется при температуре около 150°С и полностью герметичен.
Подготовленные таким образом ламинаты обрамляются алюминиевыми рамами, а на нижней стороне модуля монтируется распределительная коробка с кабелями.
Готовые фотоэлектрические модули проверяют на имитаторе солнечного излучения в стандартных условиях испытаний (STC: 1000Вт/м 2 , 25°C, AM1.5), где определяются электрические параметры, такие как: максимальная мощность (Wp), к.з. ток цепи (Isc), напряжение разомкнутой цепи (Voc),
Фотоэлектрические модули производства SELFA GE S.А., соответствуют всем применимым европейским стандартам проектирования, контроля, испытаний и безопасности фотоэлектрических модулей. Соответствие стандартам подтверждено сертификатами Немецкого института испытаний и сертификации VDE и KIWA Cermet Italia.
.
