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稀土抛光粉种类生产原料生产工艺制备和应用
稀土抛光粉-抛光粉之王
2014-08-01 11:13:58
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抛光粉通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成,不同的材料的硬度不同,在水中的化学性质也不同,因此使用场合各不相同。氧化铝和氧化铬的莫氏硬度为9,氧化铈和氧化锆为7,氧化铁更低。
铈基稀土抛光粉是较为重要的稀土产品之一。因其具有切削能力强,抛光时间短、抛光精度高、操作环境清洁等优点,故比其他抛光粉(如Fe2O3红粉)的使用效果佳,而被人们称为"抛光粉之王".目前该产品在我国发展较快,应用日广,产量猛增,发展前景看好。
1.1稀土抛光粉的发展过程
红粉(氧化铁)是历史上最早使用的抛光材料,但它的抛光速度慢,而且铁锈色的污染也无法消除。随着稀土工业的发展,于二十世纪30年代,首先在欧洲出现了用稀土氧化物作抛光粉来抛光玻璃。在第二次世界大战中,一个在伊利诺斯州罗克福德的WF和BarnesJ公司工作的雇员,于1943年提出了一种叫做巴林士粉(Barnesite)的稀土氧化物抛光粉,这种抛光粉很快在抛光精密光学仪器方面获得成功。由于稀土抛光粉具有抛光效率高、质量好、污染小等优点,激起了美国等国家的群起研究。这样,稀土抛光粉就以取代传统抛光粉的趋势迅速发展起来。
国外于60年前开始生产稀土抛光粉,二十世纪90年代已形成各种标准化、系列化的产品达30多种规格牌号。
目前,国外的稀土抛光粉生产厂家主要有15家(年生产能力为200吨以上者)。其中,法国罗地亚公司年生产能力为2200多吨。是目前世界上最大的稀土抛光粉生产厂家。美国的抛光粉年产量能力达1500吨以上。日本生产稀土抛光粉的原料采用氟碳铈矿、粗氯化铈和氯化稀土三种,工艺上各不相同。日本稀土抛光粉的生产在烧结设备和技术上均具特色。1968年,我国在上海跃龙化工厂首次研制成功稀土抛光粉。随后西北光学仪器厂、云南光学仪器厂相继采用独居石为原料,研制成功不同类型稀土抛光粉。北京有色金属研究总院、北京工业学院等单位于1976年研制并推广了739型稀土抛光粉,1977年又研制成功了771型稀土抛光粉。1979年甘肃稀土公司研制成功了797型稀土抛光粉。目前国内已有14个稀土抛光粉生产厂家(年生产能力达30吨以上者),最大的一家年生产能力为2220吨(包头天骄清美稀土抛光粉有限公司)。但与国外相比仍有较大差距,主要是稀土抛光粉的产品质量不稳定,未能达到标准化、系列化,还不能完全满足各种工业领域的抛光要求,因此必须迎头赶上。
1.2稀土抛光粉的组成及分类
1.2.1以稀土抛光粉中CeO2量来划分:
稀土抛光粉的主要成分是CeO2,据其CeO2量的高低可将铈抛光粉分为两大类:一类是CeO2含量高的价高质优的高铈抛光粉,一般CeO2/TREO≥80%,另一类是CeO2含量低的廉价的低铈抛光粉,其铈含量在50%左右,或者低于50%,其余由La2O3,Nd2O3,Pr6O11组成。
对于高铈抛光粉来讲,氧化铈的品位越高,抛光能力越大,使用寿命也增加,特别是硬质玻璃长时间循环抛光时(石英、光学镜头等),以使用高品位的铈抛光粉为宜。低铈抛光粉一般含有50%左右的CeO2,其余50%为La2O3?SO3,Nd2O3?SO3,Pr6O11?SO3等碱性无水硫酸盐或LaOF、NdOF、PrOF等碱性氟化物,此类抛光粉特点是成本低及初始抛光能力与高铈抛光粉比几乎没有两样,因而广泛用于平板玻璃、显像管玻璃、眼镜片等的玻璃抛光,但使用寿命难免要比高铈抛光粉低。
1.2.2以稀土抛光粉的大小及粒度分布来划分:
稀土抛光粉的粒度及粒度分布对抛光粉性能有重要影响。
对于一定组分和加工工艺的抛光粉,平均颗粒尺寸越大,则玻璃磨削速度和表面粗糙度越大。在大多数情况下,颗粒尺寸约为4μm的抛光粉磨削速度最大。相反地,如果抛光粉颗粒平均粒度较小,则磨削量减少,磨削速度降低,玻璃表面平整度提高,标准抛光粉一般有较窄的粒度分布,太细和太粗的颗粒很少,无大颗粒的抛光粉能抛光出高质量的表面,而细颗粒少的抛光粉能提高磨削速度。此外,稀土抛光粉也可以根据其添加剂的不同种类来划分,稀土抛光粉生产技术属于微粉工程技术,稀土抛光粉属于超细粉体,国际上一般将超细粉体分3种:纳米级(1nm~100nm);亚微米级(100nm~1μm);微米级(1μm~100μm),据此分类方法,稀土抛光粉可以分为:纳米级稀土抛光粉、亚微米级稀土抛光粉及微米级稀土抛光粉3类,通常我们使用的稀土抛光粉一般为微米级,其粒度分布在1μm~10μm之间,稀土抛光粉根据其物理化学性质一般使用在玻璃抛光的最后工序,进行精磨,因此其粒度分布一般不大于10μm,粒度大于10μm的抛光粉(包括稀土抛光粉)大多用在玻璃加工初期的粗磨。小于1μm的亚微米级稀土抛光粉,由于在液晶显示器与电脑光盘领域的应用逐渐受到重视,产量逐年提高。纳米级稀土抛光粉目前也已经问世,随着现代科学技术的发展,其应用前景不可预测,但目前其市场份额还很小,属于研发阶段。
1.3抛光粉的生产原料
目前,我国生产铈系稀土抛光粉的原料有下列几种:(1)氧化铈(CeO2),由混合稀土盐类经分离后所得(w(CeO2)=99%);(2)混合稀土氢氧化物(RE(OH)3),为稀土精矿(w(REO)≥50%)化学处理后的中间原料(w(REO)=65%,w(CeO2)≥48%);(3)混合氯化稀土(RECl3),从混合氯化稀土中萃取分离得到的少铕氯化稀土(主要含La,Ce,Pr和Nd,w(REO)≥45%,w(CeO2)≥50%);(4)高品位稀土精矿(w(REO)≥60%,w(CeO2)≥48%),有内蒙古包头混合型稀土精矿,山东微山和四川冕宁的氟碳铈矿精矿。
以上原料中除第1种外,第2,3,4种均含轻稀土(w(REO)≈98%),且以CeO2为主,w(CeO2)为48%~50%.我国具有丰富的铈资源,据测算,其工业储量约为1800万吨(以CeO2计),这为今后我国持续发展稀土抛光粉奠定了坚实的基础,也是我国独有的一大优势,并可促进我国稀土工业继续高速发展。
1.4主要生产工艺及设备
1.4.1高铈系稀土抛光粉的生产
以稀土混合物分离后的氧化铈为原料,以物理化学方法加工成硬度大,粒度均匀、细小,呈面心立方晶体的粉末产品。其主要工艺过程为:原料→高温→煅烧→水淬→水力分级→过滤→烘干→高级铈系稀土抛光粉产品。
主要设备有:煅烧炉,水淬槽,分级器,过滤机,烘干箱。
主要指标:产品中w(REO)=99%,w(CeO2)=99%;稀土回收率约95%;平均粒经1μm~6μm(或粒度为200目~300目),晶形完好。该产品适用于高速抛光。这种高铈抛光粉最早代替了古典抛光的氧化铁粉(红粉)。
1.4.2中铈系稀土抛光粉的制备
用混合稀土氢氧化物(w(REO)=65%,w(CeO2)≥48%)为原料,以化学方法预处理得稀土盐溶液,加入中间体(沉淀剂)使转化成w(CeO2)=80%~85%的中级铈系稀土抛光粉产品。其主要工艺过程为:
原料→氧化→优溶→过滤→酸溶→沉淀→洗涤过滤→高温煅烧→细磨筛分→中级铈系稀土抛光粉产品。主要设备:氧化槽,优溶槽,酸溶槽,沉淀槽,过滤机,煅烧炉,细磨筛分机及包装机。
主要指标:产品中w(REO)=90%,w(CeO2)=80%~85%;稀土回收率约95%;平均粒度0.4μm~1.3μm.该产品适用于高速抛光,比高级铈稀土抛光粉进行高速抛光的性能更为优良。
1.4.3低铈系稀土抛光粉的制备
以少铕氯化稀土(w(REO)≥45%,w(CeO2)≥48%)为原料,以合成中间体(沉淀剂)进行复盐沉淀等处理,可制备低级铈系稀土抛光粉产品。其主要工艺过程为:
原料→溶解→复盐沉淀→过滤洗涤→高温煅烧→粉碎→细磨筛分→低级铈系稀土抛光粉产品。
主要设备:溶解槽,沉淀槽,过滤机,煅烧炉,粉碎机,细磨筛分机。主要指标:产品中w(REO)=85%~90%,w(CeO2)=48%~50%;稀土回收率约95%;平均粒径0.5μm~1.5μm(或粒度320目~400目)。该产品适合于光学玻璃等的高速抛光之用。用混合型的氟碳铈矿高品位稀土精矿(w(REO)≥60%,w(CeO2)≥48%)为原料,直接用化学和物理的方法加工处理,如磨细、煅烧及筛分等可直接生产低级铈系稀土抛光粉产品。
其主要工艺过程为:
原料→干法细磨→配料→混粉→焙烧→磨细筛分→低级铈系稀土抛光粉产品。主要设备:球磨机,混料机,焙烧炉,筛分机等。主要指标:产品中w(REO)≥95%,w(CeO2)≥50%;稀土回收率≥95%;产品粒度为1.5μm~2.5μm.该产品适合于眼镜片、电视机显象管的高速抛光之用。目前,国内生产的低级铈系稀土抛光粉的量最多,约占总产量的90%以上。
1.5稀土抛光粉的应用
由于铈系稀土抛光粉具有较优的化学与物理性能,所以在工业制品抛光中获得了广泛的应用,如已在各种光学玻璃器件、电视机显像管、光学眼镜片、示波管、平板玻璃、半导体晶片和金属精密制品等的抛光。
高铈系稀土抛光粉,主要适用于精密光学镜头的高速抛光。实践表明,该抛光粉的性能优良,抛光效果较好,由于价格较高,国内的使用量较少。
中铈系稀土抛光粉,主要适用于光学仪器的中等精度中小球面镜头的高速抛光。该抛光粉与高铈粉比较,可使抛光粉的液体浓度降低11%,抛光速率提高35%,制品的光洁度可提高一级,抛光粉的使用寿命可提高30%.目前国内使用这种抛光粉的用量尚少,有待于今后继续开发新用途。
低铈系稀土抛光粉,如771型适用于光学眼镜片及金属制品的高速抛光;797型和C-1型适用于电视机显象管、眼镜片和平板玻璃等的抛光;H-500型和877型适用于电视机显象管的抛光。此外,其它抛光粉用于对光学仪器,摄像机和照像机镜头等的抛光,这类抛光粉国内用量最多,约占国内总用量85%以上。
1.6稀土抛光粉的市场
在稀土抛光粉的消费中,日本是最大的消费者,每年约生产3550吨~4000吨抛光粉,产值35亿~40亿日元,还从法国、美国和中国进口部分抛光粉。其中最大的抛光粉消费市场是彩电阴极射线管。二十世纪90年代中期,日本阴极射线管的生产转向海外,而平面显示产品产量迅速增加,对铈基抛光粉的需求量也迅速增加。估计日本在液晶显示用平面显示器生产上消费的抛光粉约占其市场的50%.90年代以来,日本将其阴极射线管用抛光粉的生产技术和设备向海外转移,如:日本清美化学从1989年开始在海外生产阴极射线管用铈基抛光粉。
1989年在台湾建立了一家独资企业,1990年投入生产,目前的生产能力为每年1000吨。1997年又与我国包头钢铁公司合资在包头建立了一家专门生产彩电阴极射线管、电子管和平板玻璃抛光用抛光粉的企业。设计能力为每年1200吨,所用原料为高品位氟碳铈矿和富铈碳酸稀土。因此,新日本金属化学公司的阴极射线管用抛光粉因受来自中国大陆和台湾大量低价抛光粉的冲击也有意从事用于液晶显示用高性能抛光粉的生产。东北金属化学公司计划专门从事光学镜头和液晶显示屏用抛光粉的生产。
铈基稀土抛光粉是较为重要的稀土产品之一。因其具有切削能力强,抛光时间短、抛光精度高、操作环境清洁等优点,故比其他抛光粉(如Fe2O3红粉)的使用效果佳,而被人们称为"抛光粉之王".目前该产品在我国发展较快,应用日广,产量猛增,发展前景看好。
1.1稀土抛光粉的发展过程
红粉(氧化铁)是历史上最早使用的抛光材料,但它的抛光速度慢,而且铁锈色的污染也无法消除。随着稀土工业的发展,于二十世纪30年代,首先在欧洲出现了用稀土氧化物作抛光粉来抛光玻璃。在第二次世界大战中,一个在伊利诺斯州罗克福德的WF和BarnesJ公司工作的雇员,于1943年提出了一种叫做巴林士粉(Barnesite)的稀土氧化物抛光粉,这种抛光粉很快在抛光精密光学仪器方面获得成功。由于稀土抛光粉具有抛光效率高、质量好、污染小等优点,激起了美国等国家的群起研究。这样,稀土抛光粉就以取代传统抛光粉的趋势迅速发展起来。
国外于60年前开始生产稀土抛光粉,二十世纪90年代已形成各种标准化、系列化的产品达30多种规格牌号。
目前,国外的稀土抛光粉生产厂家主要有15家(年生产能力为200吨以上者)。其中,法国罗地亚公司年生产能力为2200多吨。是目前世界上最大的稀土抛光粉生产厂家。美国的抛光粉年产量能力达1500吨以上。日本生产稀土抛光粉的原料采用氟碳铈矿、粗氯化铈和氯化稀土三种,工艺上各不相同。日本稀土抛光粉的生产在烧结设备和技术上均具特色。1968年,我国在上海跃龙化工厂首次研制成功稀土抛光粉。随后西北光学仪器厂、云南光学仪器厂相继采用独居石为原料,研制成功不同类型稀土抛光粉。北京有色金属研究总院、北京工业学院等单位于1976年研制并推广了739型稀土抛光粉,1977年又研制成功了771型稀土抛光粉。1979年甘肃稀土公司研制成功了797型稀土抛光粉。目前国内已有14个稀土抛光粉生产厂家(年生产能力达30吨以上者),最大的一家年生产能力为2220吨(包头天骄清美稀土抛光粉有限公司)。但与国外相比仍有较大差距,主要是稀土抛光粉的产品质量不稳定,未能达到标准化、系列化,还不能完全满足各种工业领域的抛光要求,因此必须迎头赶上。
1.2稀土抛光粉的组成及分类
1.2.1以稀土抛光粉中CeO2量来划分:
稀土抛光粉的主要成分是CeO2,据其CeO2量的高低可将铈抛光粉分为两大类:一类是CeO2含量高的价高质优的高铈抛光粉,一般CeO2/TREO≥80%,另一类是CeO2含量低的廉价的低铈抛光粉,其铈含量在50%左右,或者低于50%,其余由La2O3,Nd2O3,Pr6O11组成。
对于高铈抛光粉来讲,氧化铈的品位越高,抛光能力越大,使用寿命也增加,特别是硬质玻璃长时间循环抛光时(石英、光学镜头等),以使用高品位的铈抛光粉为宜。低铈抛光粉一般含有50%左右的CeO2,其余50%为La2O3?SO3,Nd2O3?SO3,Pr6O11?SO3等碱性无水硫酸盐或LaOF、NdOF、PrOF等碱性氟化物,此类抛光粉特点是成本低及初始抛光能力与高铈抛光粉比几乎没有两样,因而广泛用于平板玻璃、显像管玻璃、眼镜片等的玻璃抛光,但使用寿命难免要比高铈抛光粉低。
1.2.2以稀土抛光粉的大小及粒度分布来划分:
稀土抛光粉的粒度及粒度分布对抛光粉性能有重要影响。
对于一定组分和加工工艺的抛光粉,平均颗粒尺寸越大,则玻璃磨削速度和表面粗糙度越大。在大多数情况下,颗粒尺寸约为4μm的抛光粉磨削速度最大。相反地,如果抛光粉颗粒平均粒度较小,则磨削量减少,磨削速度降低,玻璃表面平整度提高,标准抛光粉一般有较窄的粒度分布,太细和太粗的颗粒很少,无大颗粒的抛光粉能抛光出高质量的表面,而细颗粒少的抛光粉能提高磨削速度。此外,稀土抛光粉也可以根据其添加剂的不同种类来划分,稀土抛光粉生产技术属于微粉工程技术,稀土抛光粉属于超细粉体,国际上一般将超细粉体分3种:纳米级(1nm~100nm);亚微米级(100nm~1μm);微米级(1μm~100μm),据此分类方法,稀土抛光粉可以分为:纳米级稀土抛光粉、亚微米级稀土抛光粉及微米级稀土抛光粉3类,通常我们使用的稀土抛光粉一般为微米级,其粒度分布在1μm~10μm之间,稀土抛光粉根据其物理化学性质一般使用在玻璃抛光的最后工序,进行精磨,因此其粒度分布一般不大于10μm,粒度大于10μm的抛光粉(包括稀土抛光粉)大多用在玻璃加工初期的粗磨。小于1μm的亚微米级稀土抛光粉,由于在液晶显示器与电脑光盘领域的应用逐渐受到重视,产量逐年提高。纳米级稀土抛光粉目前也已经问世,随着现代科学技术的发展,其应用前景不可预测,但目前其市场份额还很小,属于研发阶段。
1.3抛光粉的生产原料
目前,我国生产铈系稀土抛光粉的原料有下列几种:(1)氧化铈(CeO2),由混合稀土盐类经分离后所得(w(CeO2)=99%);(2)混合稀土氢氧化物(RE(OH)3),为稀土精矿(w(REO)≥50%)化学处理后的中间原料(w(REO)=65%,w(CeO2)≥48%);(3)混合氯化稀土(RECl3),从混合氯化稀土中萃取分离得到的少铕氯化稀土(主要含La,Ce,Pr和Nd,w(REO)≥45%,w(CeO2)≥50%);(4)高品位稀土精矿(w(REO)≥60%,w(CeO2)≥48%),有内蒙古包头混合型稀土精矿,山东微山和四川冕宁的氟碳铈矿精矿。
以上原料中除第1种外,第2,3,4种均含轻稀土(w(REO)≈98%),且以CeO2为主,w(CeO2)为48%~50%.我国具有丰富的铈资源,据测算,其工业储量约为1800万吨(以CeO2计),这为今后我国持续发展稀土抛光粉奠定了坚实的基础,也是我国独有的一大优势,并可促进我国稀土工业继续高速发展。
1.4主要生产工艺及设备
1.4.1高铈系稀土抛光粉的生产
以稀土混合物分离后的氧化铈为原料,以物理化学方法加工成硬度大,粒度均匀、细小,呈面心立方晶体的粉末产品。其主要工艺过程为:原料→高温→煅烧→水淬→水力分级→过滤→烘干→高级铈系稀土抛光粉产品。
主要设备有:煅烧炉,水淬槽,分级器,过滤机,烘干箱。
主要指标:产品中w(REO)=99%,w(CeO2)=99%;稀土回收率约95%;平均粒经1μm~6μm(或粒度为200目~300目),晶形完好。该产品适用于高速抛光。这种高铈抛光粉最早代替了古典抛光的氧化铁粉(红粉)。
1.4.2中铈系稀土抛光粉的制备
用混合稀土氢氧化物(w(REO)=65%,w(CeO2)≥48%)为原料,以化学方法预处理得稀土盐溶液,加入中间体(沉淀剂)使转化成w(CeO2)=80%~85%的中级铈系稀土抛光粉产品。其主要工艺过程为:
原料→氧化→优溶→过滤→酸溶→沉淀→洗涤过滤→高温煅烧→细磨筛分→中级铈系稀土抛光粉产品。主要设备:氧化槽,优溶槽,酸溶槽,沉淀槽,过滤机,煅烧炉,细磨筛分机及包装机。
主要指标:产品中w(REO)=90%,w(CeO2)=80%~85%;稀土回收率约95%;平均粒度0.4μm~1.3μm.该产品适用于高速抛光,比高级铈稀土抛光粉进行高速抛光的性能更为优良。
1.4.3低铈系稀土抛光粉的制备
以少铕氯化稀土(w(REO)≥45%,w(CeO2)≥48%)为原料,以合成中间体(沉淀剂)进行复盐沉淀等处理,可制备低级铈系稀土抛光粉产品。其主要工艺过程为:
原料→溶解→复盐沉淀→过滤洗涤→高温煅烧→粉碎→细磨筛分→低级铈系稀土抛光粉产品。
主要设备:溶解槽,沉淀槽,过滤机,煅烧炉,粉碎机,细磨筛分机。主要指标:产品中w(REO)=85%~90%,w(CeO2)=48%~50%;稀土回收率约95%;平均粒径0.5μm~1.5μm(或粒度320目~400目)。该产品适合于光学玻璃等的高速抛光之用。用混合型的氟碳铈矿高品位稀土精矿(w(REO)≥60%,w(CeO2)≥48%)为原料,直接用化学和物理的方法加工处理,如磨细、煅烧及筛分等可直接生产低级铈系稀土抛光粉产品。
其主要工艺过程为:
原料→干法细磨→配料→混粉→焙烧→磨细筛分→低级铈系稀土抛光粉产品。主要设备:球磨机,混料机,焙烧炉,筛分机等。主要指标:产品中w(REO)≥95%,w(CeO2)≥50%;稀土回收率≥95%;产品粒度为1.5μm~2.5μm.该产品适合于眼镜片、电视机显象管的高速抛光之用。目前,国内生产的低级铈系稀土抛光粉的量最多,约占总产量的90%以上。
1.5稀土抛光粉的应用
由于铈系稀土抛光粉具有较优的化学与物理性能,所以在工业制品抛光中获得了广泛的应用,如已在各种光学玻璃器件、电视机显像管、光学眼镜片、示波管、平板玻璃、半导体晶片和金属精密制品等的抛光。
高铈系稀土抛光粉,主要适用于精密光学镜头的高速抛光。实践表明,该抛光粉的性能优良,抛光效果较好,由于价格较高,国内的使用量较少。
中铈系稀土抛光粉,主要适用于光学仪器的中等精度中小球面镜头的高速抛光。该抛光粉与高铈粉比较,可使抛光粉的液体浓度降低11%,抛光速率提高35%,制品的光洁度可提高一级,抛光粉的使用寿命可提高30%.目前国内使用这种抛光粉的用量尚少,有待于今后继续开发新用途。
低铈系稀土抛光粉,如771型适用于光学眼镜片及金属制品的高速抛光;797型和C-1型适用于电视机显象管、眼镜片和平板玻璃等的抛光;H-500型和877型适用于电视机显象管的抛光。此外,其它抛光粉用于对光学仪器,摄像机和照像机镜头等的抛光,这类抛光粉国内用量最多,约占国内总用量85%以上。
1.6稀土抛光粉的市场
在稀土抛光粉的消费中,日本是最大的消费者,每年约生产3550吨~4000吨抛光粉,产值35亿~40亿日元,还从法国、美国和中国进口部分抛光粉。其中最大的抛光粉消费市场是彩电阴极射线管。二十世纪90年代中期,日本阴极射线管的生产转向海外,而平面显示产品产量迅速增加,对铈基抛光粉的需求量也迅速增加。估计日本在液晶显示用平面显示器生产上消费的抛光粉约占其市场的50%.90年代以来,日本将其阴极射线管用抛光粉的生产技术和设备向海外转移,如:日本清美化学从1989年开始在海外生产阴极射线管用铈基抛光粉。
1989年在台湾建立了一家独资企业,1990年投入生产,目前的生产能力为每年1000吨。1997年又与我国包头钢铁公司合资在包头建立了一家专门生产彩电阴极射线管、电子管和平板玻璃抛光用抛光粉的企业。设计能力为每年1200吨,所用原料为高品位氟碳铈矿和富铈碳酸稀土。因此,新日本金属化学公司的阴极射线管用抛光粉因受来自中国大陆和台湾大量低价抛光粉的冲击也有意从事用于液晶显示用高性能抛光粉的生产。东北金属化学公司计划专门从事光学镜头和液晶显示屏用抛光粉的生产。
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元素百科为您介绍新型气凝胶材料可用于隔热防火。记者从中国科学技术大学获悉,该校俞书宏教授课题组以壳聚糖作三维软模板,发展了一种制备酚醛树脂与二氧化硅复合材料的新方法,成功研制了具有双网络结构的酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料。该材料具有轻质多孔、隔热防火和耐火焰侵蚀的特点。 工业建筑和维持室内舒适温度所消耗的能量占到世界每年总能耗的30%以上,隔热材料的使用可以提高建筑物的能量利用率和降低能耗。然而,传统的有机隔热材料普遍易燃,有机阻燃剂的使用则会对环境和人类健康造成危害,而无机隔热材料的热导率普遍偏高。目前市场上使用的有机无机复合隔热材料虽然阻燃性有所提高,但仍难耐受长时间的火焰侵蚀,因为单分散状态的无机组分会随着聚合物基体的燃烧而逐渐脱落,从而失去保护作用。科研人员研制了一种双网络结构的复合气凝胶,具有树枝状的微观多孔结构,纤维的尺寸在20纳米以内,且两种组分各自都成连续的网络,实现了有机、无机组分在纳米尺度上的均匀分散。研究人员通过调控硅源的添加量,即可调控复合气凝胶的密度、无机含量、力学强度等物理参数,从而增强其结构的机械稳定性。这种复合气凝胶可以承受60%的压缩而不破裂,具有良好的机械强度和可加工性;该气凝胶的两组分间具有很强的相互作用,协同其多孔性,从而产生了很好的保温隔热效果,不仅优于传统商用的发泡聚苯乙烯、矿物棉等工业材料,而且在低温和低湿度的环境下也能维持很好的隔热效果。此外,这种独特的双网络结构还赋予了气凝胶优异的防火阻燃和耐火焰侵蚀的性能。研究人员用丙烷丁烷喷灯火焰(13000C)和酒精灯火焰(500~6000C)来检测气凝胶的防火性,并用红外热成像仪记录样品背面的温度变化。经过30分钟的测试,喷灯火焰下样品背面温度稳定在3000C左右,酒精灯火焰下样品背面温度稳定在1500C左右,而且随着有机组分的燃烧,二氧化硅网络暴露出来并附着在气凝胶表面而不会脱落,继续发挥隔绝热量的作用。研究表明,钢筋混凝土结构在受热3500C以上强度会迅速下降,从而引起坍塌。而使用这种新型材料可以避免火灾时建筑物承力结构的失效,为人员撤离争取宝贵时间。
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元素百科为您介绍水基锌电池有望成锂电池替代品。美国研究人员开发出一种可充电的水基锌电池,不仅容量大,寿命长,而且更安全,有望成为目前广泛使用的锂电池的理想替代品。 对于电池来说,体积小、容量大、寿命长、安全性高、制造成本低等都是理想的素质要求,但集这些特性于一身的电池目前还难以找到。就拿消费电子产品中广泛使用的锂电池来说,虽然在容量、体积、寿命等方面可圈可点,但其爆炸风险却让许多人诟病。而此次美国马里兰大学、陆军研究实验室和国家标准与技术研究院研究人员组成的研究小组,将传统的锌电池技术与水电池技术相结合,开发出了容量更大、安全性更高的可充电电池。他们使用新型的含水电解质,替代传统锂离子电池中使用的易燃有机电解质,大大提高了电池的安全性;而通过添加金属锌以及在电解液中添加盐,则有效提高了电池的能量密度。研究人员指出,锌电池是一种安全且生产成本相对较低的电池,但能量密度低,寿命也短,因而并不完美。新型水基锌电池则克服了传统锌电池的这些缺点,不仅大大提高了电池的能量密度,电池寿命也延长了许多。而与锂电池相比,水基锌电池不仅可在能量密度方面与其一较高下,而且安全得多,不会有爆炸或引发火灾的风险。研究人员对新型水基锌电池的商业化前景充满信心。他们表示,新型电池最终不仅可用于消费电子产品,成为锂电池的有力竞争者,还可在太空、深海等极端环境下使用,在航空航天、深海探测以及军事领域都有用武之地。
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元素百科为您介绍中国科研团队找到细胞增殖“刹车司机”。湖南大学4月17日对外透露,该校分子科学与生物医学实验室(MBL)叶茂教授研究团队在国际上首次发现了细胞周期蛋白激酶抑制子p21的去泛素化酶USP11,证实了USP11通过去泛素化并稳定p21能够抑制细胞增殖。 细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一,其功能依赖于细胞周期的有序运行。p21是细胞周期蛋白依赖性激酶抑制子家族中的重要成员,在细胞周期调控中占据核心地位,能通过结合并抑制细胞周期所有时相中的细胞周期素依赖激酶(Cyclin-dependentkinasesCDKs)复合物活性,介导细胞周期停滞。“细胞周期的运行如同一辆汽车,如果形象地将细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)比作汽车引擎,那细胞周期蛋白(Cyclins)就相当于汽油,而细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子p21相当于汽车的刹车。”湖南大学生物学院院长助理、博士生导师叶茂说,虽然以往研究表明p21通过蛋白水平的变化能够制动细胞周期的运行,但是并不清楚谁“直接踩了刹车”。“我们的研究成果找到了在细胞周期中‘直接踩刹车的司机’——USP11。”叶茂解释说,团队研究发现,p21是去泛素化酶USP11的重要下游效应因子,USP11能够直接与p21相互作用并去泛素化和稳定p21。敲低USP11后,p21的半衰期明显缩短,促使更多细胞从DNA合成前期(G1期)向DNA合成期(S期)转换。在USP11缺失的细胞中,DNA损伤无法诱导p21的累积,导致DNA合成后期(G2期)检验点被废除,最终引发凋亡。恶性肿瘤最基本的生物学特征是肿瘤细胞失控性增殖,而细胞失控性增殖的生物学基础是细胞周期的紊乱。叶茂说,该研究进一步发现在非小细胞肺癌临床样本中USP11与p21表达水平呈明显正相关,细胞实验和动物实验也证明USP11通过稳定p21调控非小细胞肺癌增殖;研究成果将为选择抗肿瘤特异性药物靶点、优化抗肿瘤治疗措施提供科学基础。