Aktifleştirilmiş Alümina İletken midir?

Aktif alüminakimya, çevre ve enerji endüstrilerinde vazgeçilmez bir adsorban ve katalizör desteğidir. Bu genellikle şu soruyu gündeme getiriyor: Aktifleştirilmiş alümina elektriği iletir mi? Cevap basit bir "evet" veya "hayır" değil, daha ziyade durumuna ve ortamına bağlıdır.

Basit cevap şudur: Saf, kuru aktif alüminanın kendisi mükemmel bir elektrik yalıtkanıdır ve elektriği iletmez.

I. Etkinleştirilmiş alümina neden doğası gereği-iletken değildir?

Aktifleştirilmiş alümina, kimyasal olarak bir alüminyum oksit formu olan gözenekli, oldukça dağılmış bir katı malzemedir. Bant teorisine göre alümina ~8-9 eV kadar yüksek bir bant aralığına sahiptir. Bu, oda sıcaklığında, değerlik bandındaki elektronların iletim bandına geçmek için yeterli enerjiyi elde etme mücadelesi verdiği ve serbestçe hareket eden yük taşıyıcılarının (elektronlar veya delikler) oluşumunu önlediği anlamına gelir. Sonuç olarak, içsel iletkenliği son derece düşüktür ve bu da onu tipik bir yalıtkan yapar.

II. Aktifleştirilmiş alümina hangi koşullar altında iletkenlik gösterir?

Saf aktif alümina iletken olmasa da-belirli koşullar altında bir miktar iletkenlik gösterebilir veya iletken kompozit malzemelerde kullanılabilir. Bu öncelikle aşağıdaki faktörlerden kaynaklanmaktadır:

1. Adsorplanan maddeler (birincil neden)

Aktifleştirilmiş alüminanın temel özellikleri geniş yüzey alanı ve güçlü adsorpsiyon kapasitesidir. Çevreden su moleküllerini ve çeşitli kimyasalları adsorbe edebilir.

Adsorbe edilmiş su (H₂O): Su molekülleri adsorbe edildiğinde alümina yüzeyinde ince bir su filmi oluşturur. Bu su filmi eser miktarda H⁺ ve OH⁻ iyonu içerir (suyun otoiyonizasyonu nedeniyle). Aktifleştirilmiş alümina neme maruz kaldığında, bu iyonik su filmi iyonik iletim için bir yol sağlayarak yüzey iletkenliğini önemli ölçüde artırır. Tamamen kuruduktan sonra yalıtım özellikleri geri döner.

Adsorbe edilmiş diğer elektrolitler: Aktifleştirilmiş alümina, çevreden veya diğer kaynaklardan tuzlar, asitler ve bazlar gibi elektrolitleri adsorbe ederse, bu maddeler aynı zamanda iyonize olacak ve iyonları serbest bırakarak iyonik iletkenliğini daha da artıracaktır.

2. Safsızlık Dopingi

Hazırlama işlemi veya işlem sonrası- sırasında belirli metal iyonu safsızlıkları (Na⁺ ve Fe⁺ gibi) ortaya çıkarsa, bu safsızlıklar alümina kristal kafesinde kusur seviyelerine neden olabilir, direncini bir dereceye kadar azaltabilir, ancak genellikle yine de bir iletken seviyesinden uzaktadır.

3. Kompozit Malzemelerde Bileşen Olarak

Bu, "iletkenlik" ile ilgili aktifleştirilmiş alüminanın en yaygın uygulamasıdır. Doğası gereği iletken olmasa da şu şekilde kullanılabilir:

Katalizör Desteği: Aktif alüminanın geniş yüzey alanına katalitik olarak aktif değerli metaller (Pt ve Pd gibi) veya metal oksitler yüklenir. Bu aktif bileşenler tipik olarak iletken veya yarı iletkendir ve tüm katalizör parçacığını makroskobik ölçekte iletken hale getirir.

Lityum Pil Ayırıcı Kaplaması: Yüksek-performanslı lityum-iyon pillerde, ayırıcıya son derece ince bir aktifleştirilmiş alümina veya başka seramik malzeme tabakası uygulanır. Bu alümina tabakası hala yalıtkandır; amacı, elektriği iletmek yerine ayırıcının ısı direncini, mekanik mukavemetini ve elektrolit ıslanabilirliğini geliştirerek pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki kısa devreleri önlemektir. Lityum iyonlarının iyonik iletimden geçmesine izin verir, ancak aynı zamanda elektronik yalıtım da sağlar.

III. Özet

Özetle,aktif alüminakütlesinde bir yalıtkandır. Genellikle bunun-iletken olmadığını varsayarız. Sergilediği herhangi bir iletken davranış, yüzey adsorpsiyonundan veya kompozit malzemenin bir parçası olmasından kaynaklanmaktadır.