อลูมินาที่เปิดใช้งานแล้วเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าหรือไม่?

อลูมินาที่เปิดใช้งานเป็นตัวดูดซับและตัวเร่งปฏิกิริยาที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมเคมี สิ่งแวดล้อม และพลังงาน สิ่งนี้มักทำให้เกิดคำถาม: อลูมินาที่กระตุ้นแล้วนำไฟฟ้าหรือไม่ คำตอบไม่ใช่คำตอบง่ายๆ ว่า "ใช่" หรือ "ไม่" แต่ขึ้นอยู่กับสถานะและสภาพแวดล้อม

คำตอบที่ตรงไปตรงมาคือ: อลูมินากัมมันต์ที่บริสุทธิ์และแห้งนั้นเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและไม่นำไฟฟ้า

I- เหตุใดอลูมินาที่ถูกกระตุ้นจึงไม่-นำไฟฟ้าโดยธรรมชาติ

อลูมินากัมมันต์เป็นวัสดุแข็งที่มีรูพรุนและมีการกระจายตัวสูง ซึ่งมีลักษณะทางเคมีของอะลูมิเนียมออกไซด์ ตามทฤษฎีแถบอลูมินามีช่องว่างแถบกว้างมาก สูงถึง ~8-9 eV ซึ่งหมายความว่าที่อุณหภูมิห้อง อิเล็กตรอนในแถบเวเลนซ์ของมันจะพยายามรับพลังงานเพียงพอเพื่อเปลี่ยนไปยังแถบการนำไฟฟ้า เพื่อป้องกันการก่อตัวของพาหะประจุเคลื่อนที่อย่างอิสระ (อิเล็กตรอนหรือรู) ด้วยเหตุนี้ ค่าการนำไฟฟ้าภายในจึงต่ำมาก ทำให้เป็นฉนวนทั่วไป

ครั้งที่สอง- อลูมินาที่ถูกกระตุ้นจะแสดงค่าการนำไฟฟ้าภายใต้สถานการณ์ใดบ้าง

แม้ว่าอลูมินากัมมันต์บริสุทธิ์จะไม่-นำไฟฟ้า แต่ก็สามารถแสดงค่าการนำไฟฟ้าได้บ้างภายใต้เงื่อนไขบางประการหรือใช้ในวัสดุผสมที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้ สาเหตุหลักมาจากปัจจัยต่อไปนี้:

1. สารดูดซับ (สาเหตุหลัก)

คุณสมบัติหลักของอลูมินากัมมันต์คือพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และความสามารถในการดูดซับที่แข็งแกร่ง สามารถดูดซับโมเลกุลของน้ำและสารเคมีต่างๆจากสิ่งแวดล้อมได้

น้ำที่ดูดซับ (H₂O): เมื่อถูกดูดซับ โมเลกุลของน้ำจะสร้างฟิล์มน้ำบาง ๆ บนพื้นผิวอลูมินา ฟิล์มน้ำนี้ประกอบด้วยไอออน H⁺ และ OH⁻ ในปริมาณเล็กน้อย (เนื่องจากน้ำเกิดไอออนอัตโนมัติ) เมื่ออะลูมินาที่ถูกกระตุ้นสัมผัสกับความชื้น ฟิล์มน้ำไอออนิกนี้จะเป็นช่องทางสำหรับการนำไอออนิก ซึ่งช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าที่พื้นผิวได้อย่างมาก เมื่อแห้งสนิท คุณสมบัติเป็นฉนวนกลับคืนมา

ดูดซับอิเล็กโทรไลต์อื่นๆ: หากอะลูมินาที่ถูกกระตุ้นดูดซับอิเล็กโทรไลต์ เช่น เกลือ กรด และเบสจากสิ่งแวดล้อมหรือแหล่งอื่นๆ สารเหล่านี้ก็จะแตกตัวเป็นไอออนและปล่อยไอออนออกมาด้วย ซึ่งช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าของไอออนิกให้ดียิ่งขึ้น

2. การเติมสารเจือปน

หากไอออนโลหะเจือปนบางชนิด (เช่น Na⁺ ​​และ Fe⁺) ถูกนำมาใช้ในระหว่างกระบวนการเตรียมหรือหลังการประมวลผล- สิ่งเจือปนเหล่านี้อาจทำให้เกิดระดับข้อบกพร่องในโครงผลึกอลูมินา ส่งผลให้ความต้านทานลดลงบ้าง แต่โดยทั่วไปยังห่างไกลจากระดับของตัวนำ

3. เป็นส่วนประกอบในวัสดุคอมโพสิต

นี่คือการใช้งานอะลูมินากัมมันต์ที่เกี่ยวข้องกับ "การนำไฟฟ้า" ที่พบบ่อยที่สุด แม้ว่าจะไม่นำไฟฟ้าโดยเนื้อแท้ แต่ก็สามารถใช้เป็น:

การสนับสนุนตัวเร่งปฏิกิริยา: โลหะมีค่าที่มีการเร่งปฏิกิริยา (เช่น Pt และ Pd) หรือออกไซด์ของโลหะจะถูกโหลดลงบนพื้นผิวขนาดใหญ่ของอลูมินาที่ถูกกระตุ้น ส่วนประกอบที่ทำงานอยู่เหล่านี้โดยทั่วไปจะเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าหรือสารกึ่งตัวนำ ซึ่งทำให้อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งหมดเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในระดับมหภาค

การเคลือบตัวแยกแบตเตอรี่ลิเธียม: ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน-ประสิทธิภาพสูง- จะมีการใช้อลูมินากัมมันต์หรือวัสดุเซรามิกอื่นๆ ที่บางมากกับตัวแยก ชั้นอลูมินานี้ยังคงเป็นฉนวน จุดประสงค์คือเพื่อปรับปรุงความต้านทานความร้อน ความแข็งแรงเชิงกล และความสามารถในการเปียกของอิเล็กโทรไลต์ของตัวคั่น ป้องกันการลัดวงจรระหว่างอิเล็กโทรดขั้วบวกและขั้วลบ แทนที่จะนำไฟฟ้า ช่วยให้ลิเธียมไอออนสามารถผ่านการนำไอออนิกได้ แต่ยังเป็นฉนวนไฟฟ้าอีกด้วย

III. สรุป

โดยสรุปอลูมินาที่เปิดใช้งานเป็นฉนวนในปริมาณมาก โดยทั่วไปเราถือว่ามันไม่-นำไฟฟ้า พฤติกรรมการนำไฟฟ้าใดๆ ที่แสดงออกมานั้นเกิดจากการดูดซับที่พื้นผิวหรือเป็นส่วนหนึ่งของวัสดุผสม