Предисловие
Синий оксид вольфрама (Blue Tungsten Oxide, называемый синим вольфрамом, химическая формула обычно WO ₂.₉ или W₂₀O₅ ₈ ) , как нестехиометрический оксид, занимает важное место в материаловедении, химической инженерии и промышленном производстве благодаря своей уникальной структуре дефектов кислорода, оптическим свойствам и электрохимическим свойствам. С момента своего первого промышленного применения в качестве промежуточного звена в цепочке вольфрамовой промышленности синий вольфрам превратился из простого сырья для приготовления вольфрамового порошка в многофункциональный материал, который широко используется в фотокатализе, хранении энергии, электрохромных устройствах и газовых датчиках. Благодаря быстрому развитию нанотехнологий и зеленой химии исследования и применение синего вольфрама продемонстрировали беспрецедентную широту и глубину, и его потенциал совместно изучается академическими кругами и промышленностью. Именно на основе этих данных группа экспертов CTIA GROUP написала эту книгу, стремясь предоставить ученым, сотрудникам НИОКР и производителям систематическое, авторитетное и практическое справочное руководство.
Цель и читательская аудитория
Основная цель этой книги — построить мост для соответствующих исследований и применения оксида синего вольфрама, связав академическую теорию с промышленной практикой. Мы надеемся оказать целевую поддержку читателям с разным опытом, глубоко проанализировав свойства, процессы подготовки и многопрофильные применения голубого вольфрама. Для академических исследователей эта книга содержит подробный анализ физических и химических свойств, методов обнаружения и передовых технологических проблем голубого вольфрама, дополненных множеством ссылок и стандартов, которые помогут углубить теоретические исследования и экспериментальное проектирование. Для сотрудников промышленных НИОКР эта книга систематически разбирает оптимизацию производственного процесса, направление расширения применения и технические решения узких мест голубого вольфрама, предоставляя руководство по разработке новых материалов и улучшению производительности. Для производителей эта книга подробно знакомит с выбором оборудования, параметрами процесса и мерами по защите окружающей среды для промышленного производства, а также снабжена планами операционных экспериментов и стандартами контроля качества, чтобы обеспечить плавный переход от лаборатории к заводу. Независимо от того, является ли он студентом, впервые столкнувшимся с синим вольфрамом, экспертом в области вольфрамовых материалов или инженером, стремящимся к технологическим прорывам, эта книга стремится стать обязательным инструментом на их рабочем столе.
Важность синего вольфрама
Важность синего оксида вольфрама обусловлена его уникальными физическими и химическими свойствами и широкими перспективами применения. Его ценность не только отражается в научной сфере, но и оказывает глубокое влияние на промышленное производство, защиту окружающей среды, экономические выгоды и социальное развитие. Как нестехиометрическое соединение между триоксидом вольфрама (WO ₃ ) и диоксидом вольфрама (WO ₂ ) , синий вольфрам имеет узкую запрещенную зону (2,4-2,8 эВ) и высокую проводимость из-за наличия кислородных дефектов, что позволяет ему работать лучше, чем традиционный оксид вольфрама в катализе видимого света, электрохромной модуляции и электрохимическом хранении энергии.
По сравнению с полностью окисленным WO ₃ кислородные вакансии синего вольфрама придают ему более сильную способность поглощать свет и эффективность разделения заряда, что дает ему значительные преимущества в таких приложениях, как фотокаталитическое разложение органических загрязнителей или фотокаталитическое расщепление воды для получения водорода. В то же время его частично восстановленная структура позволяет ему достигать более высокой скорости отклика и более высокой скорости оптической модуляции в электрохромных устройствах, обеспечивая идеальный материал для интеллектуальных окон и дисплейных технологий.
В промышленной сфере важность синего вольфрама особенно заметна. Как ключевой промежуточный продукт для производства сверхтонкого вольфрамового порошка и цементированного карбида, процесс приготовления синего вольфрама напрямую определяет распределение размеров частиц, чистоту и производительность последующих продуктов. Например, путем точного контроля условий восстановления водородом синий вольфрам может генерировать вольфрамовый порошок с размером частиц менее 1 микрона, который широко используется в аэрокосмической промышленности, электронных устройствах и производстве режущих инструментов. Мировые запасы вольфрама ограничены (на долю Китая приходится около 60%), а эффективный процесс производства синего вольфрама может значительно повысить коэффициент использования вольфрама, снизить потребление энергии (около 1-2 кВтч/кг) и сократить выбросы жидких отходов в традиционной гидрометаллургии. Эта высокая эффективность и устойчивость делают его незаменимым звеном в цепочке вольфрамовой промышленности. Кроме того, технология производства синего вольфрама также способствовала разработке катализаторов на основе вольфрама, например, для его применения в синтезе аммиака и нефтехимии, что отражает его потенциальную ценность в области промышленного катализа.
С точки зрения экологических преимуществ роль синего вольфрама в зеленых технологиях становится все более заметной. С учетом глобального акцента на целях углеродной нейтральности фотокаталитическая технология стала важным средством контроля загрязнения окружающей среды и разработки чистой энергии. Благодаря своим характеристикам реагирования на видимый свет синий вольфрам может эффективно разлагать органические красители в промышленных сточных водах (например, метиленовый синий, скорость разложения > 95%) и демонстрирует превосходную стабильность и эффективность производства водорода при фотолизе воды для получения водорода. Эта способность не только помогает сократить выбросы химических загрязняющих веществ, но и открывает новый путь для развития возобновляемой энергетики. Кроме того, применение синего вольфрама в электрохромных интеллектуальных окнах может значительно снизить энергопотребление здания (скорость модуляции > 80%), сократить использование кондиционирования воздуха за счет динамической регулировки внутренней световой и тепловой среды и косвенно сократить углеродный след. Эти экологические преимущества делают его одним из материаловедческих решений для борьбы с изменением климата.
Экономический потенциал является еще одним ключевым проявлением важности синего вольфрама. Ожидается, что мировой рынок вольфрама превысит 5 миллиардов долларов США в 2025 году, и как материал с высокой добавленной стоимостью, производство и применение синего вольфрама напрямую способствуют модернизации связанных промышленных цепочек. Если взять в качестве примера нано-синий вольфрам, его превосходные характеристики в суперконденсаторах (удельная емкость>200 мАч /г) и электродах литиевых батарей делают его важной частью новой энергетической отрасли. По сравнению с традиционными материалами высокая циклическая стабильность и плотность энергии синего вольфрама могут значительно улучшить срок службы и эффективность оборудования для хранения энергии, удовлетворяя быстрорастущий спрос на электромобили и возобновляемые источники энергии. В то же время высокая чувствительность синего вольфрама в газовых датчиках (скорость отклика>20%) дает ему широкие рыночные перспективы в областях мониторинга промышленной безопасности и медицинской диагностики. Эти новые области применения не только повышают экономическую ценность голубого вольфрама, но и придают новый импульс диверсифицированному развитию вольфрамовой промышленности.
Социальное воздействие синего вольфрама также нельзя игнорировать. В контексте интеллектуального производства и строительства интеллектуальных городов универсальность синего вольфрама обеспечивает поддержку технологических инноваций. Например, его применение в электрохромных дисплеях способствовало разработке гибких электронных устройств и может привести к появлению нового поколения носимых устройств и интеллектуальных стекол. Кроме того, антибактериальные свойства синего вольфрама (вытекающие из его фотокаталитической активности) позволяют ему демонстрировать потенциал в области медицинских материалов, таких как разработка антибактериальных покрытий или материалов для очистки воздуха. Эти приложения напрямую улучшают качество жизни и здоровья людей, отражая глубокий вклад материаловедения в социальный прогресс.
Важность синего вольфрама также заключается в его связи с двойными потребностями фундаментальных исследований и промышленной практики. На академическом уровне механизм кислородного дефекта, регулирование морфологии и оптимизация производительности синего вольфрама предоставляют богатые экспериментальные модели для химии твердого тела, науки о поверхности и нанотехнологий. Например, изучение правил формирования и миграции его кислородных вакансий не только углубляет теорию оксидных полупроводников, но и дает вдохновение для проектирования других нестехиометрических материалов (таких как TiO ₂₋ₓ и MoO ₃₋ ₓ ) . На промышленном уровне оптимизация процессов производства синего вольфрама (например, степень извлечения хвостового газа > 90%) и технология зеленой подготовки (например, переработка отходов вольфрама) являются ключом к достижению устойчивого развития. Особенно в контексте глобальной нехватки ресурсов и растущего давления на окружающую среду, недорогой и высокоэффективный путь производства синего вольфрама становится центром отраслевой конкуренции. Основываясь на этой двойной ценности, данная книга стремится оказать всестороннюю поддержку исследованиям полного жизненного цикла и применению голубого вольфрама.
Обзор структуры книги
Эта книга разделена на восемь глав и пять приложений. Структура дизайна следует логическому прогрессу от фундамента к применению, от теории к практике. Глава 1 «Введение» рассматривает историю и современное состояние синего вольфрама, закладывая исследовательский фон для читателей. Глава 2 «Основные свойства синего оксида вольфрама» подробно исследует его химическую структуру, фотоэлектрические свойства и стабильность, предоставляя теоретическую основу для последующих глав. Глава 3 «Процесс производства синего оксида вольфрама» подробно представляет различные методы подготовки, такие как восстановление водородом, гидротермальное, сверхкритическое и осаждение из паровой фазы, с учетом лабораторных и промышленных потребностей. Глава 4 «Обнаружение и характеристика синего оксида вольфрама» систематически объясняет химический состав, фазовый состав и технологию тестирования производительности для руководства точным анализом. Глава 5 «Области применения синего оксида вольфрама» охватывает такие приложения, как фотокатализ, хранение энергии и электрохромизм , показывая его универсальность. Глава 6 «Промышленное производство и оптимизация» фокусируется на проектировании оборудования, контроле качества и повышении энергоэффективности, предоставляя практическое руководство для производителей. Глава 7 «Технические проблемы и будущее развитие» анализирует текущие узкие места и рассматривает новые технологии и направления устойчивого развития. Глава 8 «Заключение и перспективы» подводит итоги книги и выдвигает будущие предложения.
Для повышения практичности в приложении к книге приводятся подробные дополнения: Приложение A включает многоязычный глоссарий для облегчения международного общения; Приложение B содержит планы лабораторной и промышленной подготовки с конкретными параметрами; Приложение C перечисляет соответствующие патенты для содействия технологическим инновациям; Приложение D сравнивает национальные стандарты для стандартизации контроля качества; Приложение E объединяет 50 ссылок, охватывающих научные статьи, патенты, стандарты и книги, для обеспечения авторитетности источника знаний.
Синий оксид вольфрама — это не только отрасль химии вольфрама, но и модель интеграции материаловедения и промышленных технологий. Эта книга призвана содействовать двойным прорывам синего вольфрама в академических исследованиях и промышленных приложениях посредством систематической организации знаний и практического руководства. Мы надеемся, что читатели смогут черпать из нее вдохновение, будь то изучение его микроскопического механизма, оптимизация процесса производства или разработка нового применения, и совместно содействовать будущему развитию этого материала. Благодарим всех ученых, инженеров и производителей, которые внесли свой вклад в эту область. Именно их усилия заложили прочную основу для этой книги.
Оглавление
Предисловие
Важность Синего Вольфрама: Уникальный Статус и Многофункциональность Нестехиометрического Оксида Вольфрама
Обзор Структуры Книги: Полное Покрытие Цепи от Основ до Приложений
Цель и Читательская Аудитория: Предоставить Всеобъемлющий Справочник для Академических Исследований, Промышленных НИОКР и Производственной Практики
Глава 1 Введение
1.1 Открытие Синего Вольфрама
1.2 Классификация Нестехиометрических Оксидов Вольфрама (WO₃, WO₂.₉, WO₂.₇₂, WO₂)
1.3 Статус Синего Вольфрама в Цепочке Вольфрамовой Промышленности
1.4 Текущее Состояние и Тенденции Исследований и Применения
Глава 2 Основные Свойства Синего Оксида Вольфрама
2.1 Химический Состав и Структура
2.1.1 Химическая Формула (WO₂.₉ или W₂₀O₅₈)
2.1.2 Кристаллическая Структура и Кислородные Дефекты
2.2 Физические Свойства
2.2.1 Цвет и Внешний Вид (Синий Порошок)
2.2.2 Плотность, Температура Плавления и Термическая Стабильность
2.3 Оптические и Электрические Свойства
2.3.1 Энергия Запрещенной Зоны (2,4–2,8 эВ)
2.3.2 Электропроводность и Эффект Кислородной Вакансии
2.4 Химическая Стабильность и Реакционная Способность
2.4.1 Окислительное и Восстановительное Поведение
2.4.2 Стабильность в Условиях Окружающей Среды
Глава 3 Процесс Производства Оксида Синего Вольфрама
3.1 Выбор Сырья и Предварительная Обработка
3.1.1 Паравольфрамат Аммония (APT)
3.1.2 Вольфрамовая Кислота и Вольфрамовый Концентрат
3.2 Основные Методы Подготовки
3.2.1 Метод Восстановления Водородом
Параметры Процесса (Температура 500–800 °C, Скорость Потока H₂)
Оборудование (Трубчатая Печь, Вращающаяся Печь)
3.2.2 Гидротермальные и Сольвотермальные Методы
Условия Реакции (Высокое Давление, 180–250 °C)
Управление Наноструктурой
3.2.3 Метод Сверхкритической Жидкости
Применение Сверхкритического Спирта
3.2.4 Метод Осаждения из Паровой Фазы
Химическое Осаждение из Паровой Фазы (CVD) и Физическое Осаждение из Паровой Фазы (PVD)
3.3 Оптимизация Процесса и Управление Морфологией
3.3.1 Наночастицы, Наностержни и Нанопроволоки
3.3.2 Температура, Атмосфера и Эффекты Катализатора
3.4 Проблемы Промышленного Производства
3.4.1 Последовательность и Производительность
3.4.2 Потребление Энергии и Контроль Затрат
Глава 4 Обнаружение и Характеристика Синего Оксида Вольфрама
4.1 Анализ Химического Состава
4.1.1 ICP-OES и ICP-MS (Обнаружение Примесей)
4.1.2 Определение Содержания Кислорода
4.2 Анализ Фазового Состава и Структуры
4.2.1 Рентгеновская Дифракция (XRD)
4.2.2 Рамановская Спектроскопия и Инфракрасная Спектроскопия
4.3 Морфология и Анализ Размера Частиц
4.3.1 Сканирующий Электронный Микроскоп (СЭМ) и Просвечивающий Электронный Микроскоп (ПЭМ)
4.3.2 Лазерный Анализ Размера Частиц
4.4 Тест Производительности
4.4.1 Фотокаталитическая Эффективность (Скорость Деградации Красителя)
4.4.2 Электрохромные Характеристики (Скорость Модуляции)
4.4.3 Электрохимические Характеристики (Удельная Емкость, Стабильность Цикла)
Глава 5 Области Применения Оксида Синего Вольфрама
5.1 Фотокатализ и Применение в Охране Окружающей Среды
5.1.1 Разложение Органических Загрязнителей
5.1.2 Фотокаталитическое Производство Водорода из Воды
5.2 Электрохромные Устройства
5.2.1 Умные Окна
5.2.2 Дисплеи и Оптическая Модуляция
5.3 Материалы для Хранения Энергии
5.3.1 Суперконденсатор
5.3.2 Электроды Литий-Ионных Аккумуляторов
5.4 Газовые Датчики
5.4.1 Обнаружение NO₂, CO и Других Газов
5.4.2 Оптимизация Чувствительности и Селективности
5.5 Производство Вольфрамового Порошка и Цементированного Карбида
5.5.1 Синий Вольфрам как Промежуточный Продукт
5.5.2 Получение Сверхтонкого Вольфрамового Порошка
Глава 6 Промышленное Производство и Оптимизация
6.1 Проектирование Промышленного Оборудования и Процесса
6.1.1 Вращающаяся Печь и Псевдоожиженный Слой
6.1.2 Непрерывный Производственный Процесс
6.2 Контроль Качества и Стандарты
6.2.1 Чистота (>99,95%) и Примеси (Fe, Mo <10 ppm)
6.2.2 Распределение Размеров Частиц и Постоянство Морфологии
6.3 Энергоэффективность и Меры по Защите Окружающей Среды
6.3.1 Оптимизация Потребления Энергии (1–2 кВт·ч/кг)
6.3.2 Улавливание Хвостового Газа (H₂O >90%)
6.4 Анализ Производственного Случая
6.4.1 Маломасштабное Испытание (10 кг/партия)
6.4.2 Крупномасштабное Производство (1000 кг/партия)
Глава 7 Технические Проблемы и Будущее Развитие
7.1 Текущие Технические Узкие Места
7.1.1 Точный Контроль Морфологии и Производительности
7.1.2 Стабильность Крупномасштабного Производства
7.2 Новые Технологии Подготовки
7.2.1 Метод Электрохимического Восстановления
7.2.2 Метод Плазменного Усиления
7.3 Направление Разработки Приложений
7.3.1 Гибкие Электронные Устройства
7.3.2 Биомедицинские Приложения (Например, Антибактериальные Материалы)
7.4 Устойчивое Развитие и Круговая Экономика
7.4.1 Переработка Отходов Вольфрама для Производства Синего Вольфрама
7.4.2 Зеленый Путь Производства
Глава 8 Заключение и Перспективы
8.1 Исследования и Применение Синего Вольфрама
8.2 Направления Будущих Исследований и Технологических Прорывов
Приложение
Приложение A: Глоссарий Терминов, Связанных с Оксидом Синего Вольфрама
Многоязычные ссылки включают китайский, английский, японский, корейский и немецкий языки, охватывающие термины производства, тестирования и применения (такие как «восстановление водорода», «наностержни» и «фотокаталитическая эффективность»).
Приложение B: Экспериментальный Протокол для Приготовления Оксида Синего Вольфрама
Лабораторные (5 г, трубчатая печь) и промышленные (100 кг/партия, вращающаяся печь) процедуры с параметрами и соображениями.
Приложение C: Список Патентов, Связанных с Оксидом Синего Вольфрама
Номера патентов, названия, аннотации, охватывающие китайские, американские, японские, корейские, европейские и международные патенты.
Приложение D: Список Стандартов Оксида Синего Вольфрама
Сравнение с китайскими, японскими, немецкими, российскими, корейскими и международными стандартами (такими как GB/T 4324-2012, ISO 10397:1993).
Приложение E: Ссылки на Синий Оксид Вольфрама
Научные статьи (20), патенты (15), стандарты (10) и книги (5) с подробными источниками и описаниями.
Приложение F: Список Оборудования и Приборов, Необходимых для Производства Синего Оксида Вольфрама
READ MORE:Синий оксид вольфрама (BTO) Физические и химические свойства, получение и применение
Customized R&D and Production of Tungsten, Molybdenum Products
Chinatungsten Online and CTIA GROUP LTD have been working in the tungsten industry for nearly 30 years, specializing in flexible customization of tungsten and molybdenum products worldwide, which are tungsten and molybdenum design, R&D, production, and overall solution integrators with high visibility and credibility worldwide.
Chinatungsten Online and CTIA GROUP LTD provide products mainly including: tungsten oxide products, such as tungstates such as APT/WO3; tungsten powder and tungsten carbide powder; tungsten metal products such as tungsten wire, tungsten ball, tungsten bar, tungsten electrode, etc.; high-density alloy products, such as dart rods, fishing sinkers, automotive tungsten crankshaft counterweights, mobile phones, clocks and watches, tungsten alloy shielding materials for radioactive medical equipment, etc.; tungsten silver and tungsten copper products for electronic appliances. Cemented carbide products include cutting tools such as cutting, grinding, milling, drilling, planing, wear-resistant parts, nozzles, spheres, anti-skid spikes, molds, structural parts, seals, bearings, high-pressure and high-temperature resistant cavities, top hammers, and other standard and customized high-hardness, high-strength, strong acid and alkali resistant high-performance products. Molybdenum products include molybdenum oxide, molybdenum powder, molybdenum and alloy sintering materials, molybdenum crucibles, molybdenum boats, TZM, TZC, molybdenum wires, molybdenum heating belts, molybdenum spouts, molybdenum copper, molybdenum tungsten alloys, molybdenum sputtering targets, sapphire single crystal furnace components, etc.
For more information about tungsten chemical products please visit the website: tungsten-powder.com
If you are interested in related products, please contact us:
Email: sales@chinatungsten.com
Tel: +86 592 5129696 / 86 592 5129595
