Table des matières
Chapitre 1 Introduction
1.1 Contexte
1.2 Objectifs de recherche et innovations
1.3 État de la recherche au pays et à l’étranger
Chapitre 2 Informations de base sur le trioxyde de tungstène jaune
2.1 Définition du trioxyde de tungstène jaune
2.2 La forme et la distribution du tungstène à l’heure actuelle
2.3 Trioxyde de tungstène jaune et oxyde de tungstène vide d’oxygène/oxyde de tungstène défectueux
2.3.1 Trioxyde de tungstène jaune et oxyde de tungstène bleu
2.3.2 Tungstène et oxyde de tungstène violet
2.3.3 Tungstène et oxyde de tungstène brun
2.4 Les propriétés du tungstène sont liées à la teneur en oxygène
2.4.1 Relation entre la structure du trioxyde de tungstène jaune et la teneur en oxygène
2.4.2 Relation entre les propriétés du trioxyde de tungstène jaune et la teneur en oxygène
2.4.3 Préparation du trioxyde de tungstène jaune et contrôle de la teneur en oxygène
Chapitre 3 Classification du trioxyde de tungstène jaune
3.1 Classification du trioxyde de tungstène jaune en fonction de sa pureté
3.1.1 Trioxyde de tungstène jaune ordinaire
3.1.2 Trioxyde de tungstène jaune de haute pureté
3.2 Classification du trioxyde de tungstène jaune en fonction de la structure cristalline
3.2.1 Tungstène monoclinique
3.2.2 Tungstène orthorhombique
3.2.3 Tungstène hexagonal
3.2.4 Trioxyde de tungstène jaune cristallin cubique / cristallin tétragonal
3.2.4 Tungstène triclinique
3.3 Classification du trioxyde de tungstène jaune en fonction de sa forme physique
3.3.1 Nanoparticules de tungstène
3.3.2 Nanofeuilles de tungstène
3.3.3 Nanofils de tungstène
3.3.4 Nanotiges de tungstène
3.3.5 Nanofleurs de tungstène
3.3.6 Nanotubes de tungstène
3.3.7 Boules creuses en tungstène
3.4 Classification du trioxyde de tungstène jaune en fonction de la taille des particules
3.4.1 Trioxyde de tungstène jaune à gros grains
3.4.2 Trioxyde de tungstène jaune à grain ultrafin
3.4.3 Trioxyde de tungstène jaune micron
3.4.4 Xantrée submicronique
3.4.5 Trioxyde de tungstène nano jaune
3.4.6 Trioxyde de tungstène jaune subnano
Chapitre 4 Structure cristalline du trioxyde de tungstène jaune
4.1 Théorie de base de la structure cristalline du trioxyde de tungstène jaune
4.1.2 Arrangement atomique du tungstène
4.1.2 Connaissances de base en cristallographie au tungstène (système cristallin, réseau, etc.).
4.1.3 Le type de structure cristalline auquel appartient le tungstène
4.2 Facteurs influençant la structure cristalline du tungstène
4.2.1 Effet des conditions de préparation sur la structure cristalline du tungstène
4.2.1.1 Effet de la température de réaction sur la structure du cristal de tungstène
4.2.1.2 Effet de la pression de réaction sur la structure cristalline du tungstène
4.2.1.3 Effet du temps de réaction sur la structure du cristal de tungstène
4.2.1.4 Effet de l’atmosphère réactionnelle sur la structure cristalline du tungstène
4.2.1.5 Effet de la vitesse de réaction sur la structure du cristal de tungstène
4.2.1.6 Effet des précurseurs sur la structure cristalline du tungstène
4.2.1.7 Effet des solvants sur la structure des cristaux de tungstène
4.2.2 Effet des stimuli externes sur la structure cristalline du trioxyde de tungstène jaune
4.2.2.1 Effet du rayonnement optique sur la structure des cristaux de tungstène
4.2.2.2 Effet du champ électrique sur la structure des cristaux de tungstène
4.2.2.3 Effet du champ magnétique sur la structure des cristaux de tungstène
4.3 La relation intrinsèque entre la structure et les propriétés des cristaux de tungstène
4.3.1 Relation entre la structure cristalline du tungstène et le niveau de structure électronique
4.3.1.1 Effet de la structure cristalline du tungstène sur le transport des électrons
4.3.1.2 Relation entre la structure de la bande de tungstène et la structure cristalline
4.3.2 La relation entre la structure du cristal de tungstène et le plan de transport des ions
4.3.2.1 Effet de la structure cristalline de tungstène sur la diffusion des ions
4.3.2.2 Effet du processus d’intercalation/extraction d’ions sur la stabilité structurelle du cristal de tungstène
4.3.3 Relation entre la structure cristalline du tungstène et les propriétés de surface
4.3.3.1 Effet de la structure cristalline du tungstène sur l’adsorption de surface
4.3.3.2 Relation entre la structure cristalline de tungstène et l’état électronique de surface
4.3.4 La relation entre la structure cristalline du tungstène et les propriétés mécaniques
4.3.5 La relation entre la structure cristalline du cristal de tungstène et les propriétés optiques
4.3.6 Relation entre la structure cristalline du tungstène et les propriétés catalytiques
4.4 Détermination expérimentale de la structure cristalline du tungstène
4.4.1 Principes de la technologie de diffraction des rayons X
4.4.2 Application de la technologie de diffraction des neutrons dans la détermination de la structure
Chapitre 5 Propriétés physiques et chimiques du trioxyde de tungstène jaune
5.1 Apparence et couleur du tungstène
5.2 Densité/densité du tungstène
5.3 Stabilité thermique du trioxyde de tungstène jaune
5.3.1 Point de fusion du trioxyde de tungstène jaune
5.3.2 Température de décomposition du tungstène
5.3.3 Coefficient de dilatation thermique du tungstène
5.4 Solubilité du trioxyde de tungstène jaune
5.5 Propriétés catalytiques du trioxyde de tungstène jaune
5.6 Surface spécifique du tungstène
5.7 Densité lâche du tungstène
5.8 Propriétés optiques du trioxyde de tungstène jaune
5.8.1 Absorption de la lumière et propriétés photocatalytiques du tungstène
5.8.2 Propriétés photochromiques du tungstène
5.9 Propriétés électriques du trioxyde de tungstène jaune
5.9.1 Propriétés semi-conductrices du jaune de tungstène
5.9.2 Propriétés électrochromes du tungstène
5.10 Propriétés thermiques du trioxyde de tungstène jaune
5.10.1 Stabilité thermique du tungstène
5.10.2 Propriétés de dilatation thermique du tungstène
5.11 Sensibilité au gaz du trioxyde de tungstène jaune
5.12 Réactions d’oxydoréduction jaune-tungstène
5.13 Réaction acide-base du trioxyde de tungstène jaune
Chapitre 6 Méthode de préparation du trioxyde de tungstène jaune
6.1 Méthodes traditionnelles de préparation du trioxyde de tungstène jaune
6.1.1 La méthode traditionnelle de préparation du trioxyde de tungstène jaune – méthode de réaction en phase solide à haute température
6.1.2 Méthode de préparation traditionnelle de la méthode jaune trioxyde-sol-gel
6.1.3 Méthode traditionnelle de préparation du trioxyde de tungstène jaune – méthode hydrothermale
6.1.4 La méthode traditionnelle de préparation du trioxyde de tungstène jaune – méthode du tungstate d’ammonium
6.1.5 La méthode traditionnelle de préparation du trioxyde de tungstène jaune – méthode de décomposition de l’acide chlorhydrique du tungstate
6.1.6 Méthode traditionnelle de préparation du trioxyde de tungstène jaune – méthode de décomposition thermique du paratungstate d’ammonium
6.2 Nouvelle méthode de préparation du trioxyde de tungstène jaune
6.2.1 Nouvelle méthode de préparation du trioxyde de tungstène jaune – dépôt électrochimique
6.2.2 Nouvelle méthode de préparation du trioxyde de tungstène jaune – méthode de dépôt en phase vapeur
6.2.3 Une nouvelle méthode de préparation du trioxyde de tungstène jaune – méthode de matrice biologique
Chapitre 7 Équipement de production de trioxyde de tungstène jaune
7.1 Équipement de base pour la préparation du trioxyde de tungstène jaune par la méthode de réaction en phase solide à haute température
7.1.1 Équipement de manutention des matières premières
7.1.1.1 Concasseurs
7.1.1.2 Broyeurs à boulets
7.1.2 Équipement de moulage
7.1.2.1 Presses à comprimés
7.1.3 Équipement de frittage à haute température
7.1.3.1 Fours à haute température
7.1.3.1 Systèmes de contrôle de la température
7.1.4 Équipement de contrôle de l’atmosphère
7.1.4.1 Fours à atmosphère
7.1.4.2 Systèmes d’alimentation en gaz
7.1.5 Équipement de refroidissement
7.1.5.1 Dispositifs de refroidissement naturel
7.1.5.2 Équipement de refroidissement forcé
7.1.6 Équipement de post-traitement
7.1.6.1 Équipement de broyage
7.1.6.2 Équipement de dépistage
7.2 L’équipement de base pour la préparation du trioxyde de tungstène jaune par la méthode sol-gel
7.2.1 Équipement de mélange
7.2.1.1 Agitateurs mécaniques
7.2.2 Équipement de chauffage
7.2.2.1 Bain-marie thermostatique
7.2.2.2 Fours
7.2.3 Récipients de réaction
7.2.3.1 Réacteurs
7.2.4 Équipement de broyage
7.2.4.1 Mortiers et pilons
7.2.4.2 Broyeurs planétaires à boulets
7.2.5 Équipement de filtration et de lavage
7.2.5.1 Dispositif de filtration par aspiration
7.2.5.2 Centrifugeuses
7.3 Équipement de base pour la préparation du trioxyde de tungstène jaune par dépôt électrochimique
7.3.1 Électrolyseurs
7.3.2 Électrodes
7.3.3 Alimentation électrique
7.3.4 Configuration de l’électrolyte et équipement de stockage
7.3.4.1 Équipement de mélange
7.3.4.2 Conteneurs de stockage
7.3.5 Appareils de chauffage et de refroidissement
7.3.6 Équipement de filtration
7.3.7 Équipement d’analyse et d’essai
7.4 Équipement de base pour la préparation du trioxyde de tungstène jaune par dépôt physique en phase vapeur
7.4.1 Équipement de source d’évaporation
7.4.2 Systèmes de vide
7.4.3 Dispositifs de chauffage et de refroidissement du substrat
7.4.4 Équipement de surveillance de l’épaisseur du film
7.5 Équipement de base pour la préparation du trioxyde de tungstène jaune par dépôt chimique en phase vapeur
7.5.1 Chambres de réaction
7.5.2 Systèmes d’alimentation en gaz
7.5.3 Systèmes de chauffage
7.5.4 Systèmes de vide
7.5.5 Système de traitement des gaz d’échappement
7.6 Équipement de base pour la préparation du trioxyde de tungstène jaune par la méthode de la matrice biologique
7.6.1 Récipients de réaction
7.6.2 Équipement de chauffage
7.6.3 Équipement de mélange
7.6.4 Équipement de contrôle de la température
7.6.5 Équipement de filtration
7.6.6 Équipement de séchage
7.7 Équipement de caractérisation
7.7.1 Diffractomètre à rayons X
7.7.2 Microscopie électronique à balayage
7.7.3 Microscopie électronique à transmission
7.7.4 Spectrophotomètre UV-Vis
Chapitre 8 Recherche sur le principe de détection du trioxyde de tungstène jaune
8.1 Détection du tungstène – Spectroscopie
8.1.1 Détection du trioxyde de tungstène jaune – analyse par spectroscopie de fluorescence X
8.1.2 Détection du tungstène – Spectroscopie Raman
8.2 Détection du tungstène – Analyse électrochimique
8.2.1 Détection du trioxyde de tungstène jaune – Volcanométrie
8.3 Autres méthodes de détection du trioxyde de tungstène jaune
8.3.1 Détection du tungstène – Analyse thermogravimétrique
Chapitre 9 Domaines d’application du trioxyde de tungstène jaune
9.1 Application de trioxyde de tungstène jaune dans les produits à base de tungstène
9.1.1 Application de trioxyde de tungstène jaune dans la préparation de la poudre de tungstène
9.1.2 Application du trioxyde de tungstène jaune dans la production de fils de tungstène
9.1.3 Application du trioxyde de tungstène jaune dans la fabrication de barres de tungstène
9.1.4 Application du trioxyde de tungstène jaune dans un alliage de tungstène et de cuivre
9.1.5 Application du trioxyde de tungstène jaune dans un alliage tungstène-nickel-fer
9.1.6 Application de trioxyde de tungstène jaune dans du carbure cémenté
9.2 Application du trioxyde de tungstène jaune dans le domaine de l’environnement
9.2.1 Application du trioxyde de tungstène jaune dans la purification de l’air
9.2.2 Application de trioxyde de tungstène jaune dans le traitement des eaux usées
9.3 Application du trioxyde de tungstène jaune dans le domaine des matériaux intelligents
9.3.1 Application du trioxyde de tungstène jaune dans les dispositifs électrochromes
9.3.2 Application du tungstène dans les capteurs de gaz
9.4 Application du trioxyde de tungstène jaune dans le domaine de l’information électronique
9.4.1 Application du tungstène dans les transistors à effet de champ
9.4.2 Application du tungstène flavum dans les dispositifs de mémoire
9.5 Application du trioxyde de tungstène jaune dans le domaine de la fabrication de machines
9.5.1 Application du tungstène dans les revêtements d’outils
9.5.2 Application du tungstène dans les pièces résistantes à l’usure
9.6 Le tungstène dans les applications biomédicales
9.6.1 Application du tungstène dans les biocapteurs
9.6.2 Application du trioxyde de tungstène jaune en thérapie photothermique
9.7 Application du trioxyde de tungstène jaune dans le domaine de l’affichage optique
9.7.1 Application du tungstène dans les écrans
9.8 Application du trioxyde de tungstène jaune dans le support catalytique
9.8.1 Application de trioxyde de tungstène jaune dans des catalyseurs supportés
9.9 Application du trioxyde de tungstène jaune dans le domaine des tissus ignifuges
9.9.1 Application des tissus ignifuges au tungstène dans le domaine industriel
9.9.2 Application des tissus ignifuges au tungstène dans la vie quotidienne
9.9.3 Application de tissus ignifuges au tungstène dans les transports publics
9.10 Application du trioxyde de tungstène jaune dans les films agricoles
9.11 Application du trioxyde de tungstène jaune dans le domaine de l’énergie
9.11.1 Application du trioxyde de tungstène jaune dans les batteries lithium-ion
9.11.2 Application du tungstène dans les supercondensateurs
9.11.3 Application du trioxyde de tungstène jaune dans la séparation photocatalytique de l’eau en hydrogène
Chapitre 10 Sécurité et protection de l’environnement du trioxyde de tungstène jaune
10.1 Problèmes de sécurité du tungstène
10.2 Protection de l’environnement du trioxyde de tungstène jaune
10.3 Fiche de données de sécurité (FDS) pour le trioxyde de tungstène jaune
Chapitre 11 Normes nationales et étrangères pour le trioxyde de tungstène jaune
11.1 Normes nationales chinoises
11.2 Normes internationales
11.3 Normes jaunes de trioxyde de tungstène en Europe, en Amérique et dans d’autres pays du monde
Chapitre 12 : Faits et chiffres sur le trioxyde de tungstène jaune
12.1 Quels sont les principaux faits du tungstène ?
12.2 Toutes les données relatives au tungstène (propriétés physico-chimiques, paramètres techniques de production et d’application)
Annexe : Glossaire multilingue des termes jaunes de trioxyde de tungstène (chinois, anglais, japonais, coréen)
Références
Chapitre 1 Introduction
En tant que matériau fonctionnel important, le trioxyde de tungstène (WO₃) a attiré beaucoup d’attention dans les domaines de la science des matériaux, de l’énergie, de l’environnement et de l’électronique en raison de ses excellentes propriétés physiques et chimiques (par exemple, bande interdite 2,6-2,8 eV, densité 7,16 g/cm³) et de divers scénarios d’application. Les propriétés uniques du jaune de tungstène, notamment l’électrochromie (variation de 70 % > de la transmission de la lumière), la photocatalyse (production d’hydrogène >1 mmol/h·g), l’activité électrochimique (capacité spécifique >500 F/g) et la stabilité thermique (température de décomposition >1700 °C), le rendent idéal pour les matériaux intelligents, les dispositifs de stockage d’énergie et les catalyseurs. Ce chapitre expose systématiquement l’importance de la recherche et la valeur scientifique du trioxyde de tungstène jaune sous trois aspects : le contexte de la recherche, les objectifs de recherche et les innovations, et l’état de la recherche au pays et à l’étranger, qui jette les bases des chapitres suivants.
1.1 Contexte
En tant que membre important de la famille des composés de tungstène, le trioxyde de tungstène jaune est largement trouvé dans les minéraux de tungstate (tels que la scheelite, teneur en WO₃ >50). en poids %) et purifié par hydrométallurgie (rendement >95 %) ou par torréfaction à haute température (pureté >99,9 %). Les réserves mondiales de tungstène sont d’environ 3,5 millions de tonnes, principalement distribuées en Chine (représentant >50 %), en Russie et en Australie, avec une production annuelle d’environ 8 à 100 000 tonnes, dont le trioxyde de tungstène jaune occupe une position importante en tant que précurseur des produits à base de tungstène (poudre de tungstène, fil de tungstène) (taille du marché > 1 milliard de dollars par an). Ces dernières années, avec le développement des nanotechnologies, l’application des nanomatériaux jaune-tungstène (taille des particules 20-200 nm, surface spécifique >50 m²/g) dans les domaines de haute technologie s’est rapidement développée, tels que les fenêtres intelligentes (économie d’énergie >20 %), les batteries lithium-ion (capacité > 200 mAh/g) et la séparation photocatalytique de l’eau (taux d’utilisation de l’énergie solaire >5 %).
Le contexte de recherche du jaune de tungstène est étroitement lié à la crise énergétique mondiale, à la pollution de l’environnement et à la demande de fabrication intelligente. Dans le secteur de l’énergie, l’énergie propre (par exemple, l’hydrogène, avec une croissance de la demande du marché > de 10 % par an) et le stockage d’énergie efficace (par exemple, les supercondensateurs, la densité de puissance >10 kW/kg) stimulent l’utilisation du tungstène dans la production d’hydrogène photocatalytique et les matériaux d’électrode. Dans le domaine de l’environnement, la dégradation photocatalytique (taux d’élimination de matière organique > 90 %) et la détection de gaz (limite de détection <0,1 ppm) du trioxyde de tungstène jaune apportent des solutions pour la purification de l’air et le traitement des eaux usées. Dans le domaine des matériaux intelligents, les propriétés électrochromes et sensibles aux gaz du tungstène soutiennent le développement d’écrans intelligents (temps de réponse <1 seconde) et de capteurs (sensibilité > 100). De plus, l’application du tungstène dans des domaines émergents tels que les tissus ignifuges (LOI>30 %), les films agricoles (augmentation de la température >2°C) et la biomédecine (taux de stérilisation photothermique >99 %) a encore élargi son potentiel de marché (taux de croissance >8 %/an).
Cependant, la production et l’application du trioxyde de tungstène jaune présentent des défis, notamment une consommation d’énergie élevée (1 à 5 kWh/kg), un rejet de déchets (W<0,5 mg/L) et la sécurité des nanomatériaux (poussière < 10 mg/m³). Ces problèmes ont incité le monde académique et l’industrie à étudier la structure cristalline (monoclinique, hexagonale, etc.), les méthodes de préparation (méthode hydrothermale, dépôt en phase vapeur) et l’optimisation des performances (dopage pour augmenter la conductivité de >30 %). Par conséquent, l’étude systématique des propriétés, la préparation et l’application du trioxyde de tungstène jaune n’est pas seulement d’une grande importance scientifique, mais a également une valeur pratique pour la promotion de la fabrication verte et du développement durable (objectif d’émission de carbone < 0,1 kg/kg).
1.2 Objectifs de recherche et innovations
Le but de cette étude est d’explorer de manière exhaustive et systématique les propriétés de base, la technologie de préparation, les méthodes de détection et les applications multi-champs du trioxyde de tungstène jaune, et de fournir des orientations théoriques et des références pratiques pour sa recherche scientifique et son industrialisation. Les objectifs spécifiques de la recherche comprennent les aspects suivants : d’une part, élucider la relation interne entre les propriétés physico-chimiques (bande interdite, densité, solubilité) et la structure cristalline (monoclinique et hexagonale) du trioxyde de tungstène jaune, et révéler la relation structure-propriété (transport d’électrons, diffusion d’ions). Dans un second temps, les méthodes de préparation traditionnelles (méthode en phase solide à haute température, méthode sol-gel) et nouvelles (dépôt électrochimique, méthode de matrice biologique) du trioxyde de tungstène jaune ont été mises au point, ainsi que les paramètres du procédé (consommation d’énergie < 1 kWh/kg, rendement >95 %). Troisièmement, le potentiel d’application du tungstène dans les domaines des produits à base de tungstène (dureté au carbure > 90 HRA), de l’énergie (capacité de la batterie> 200 mAh/g), de l’environnement (taux de dégradation >90 %) et des matériaux intelligents (efficacité de coloration > 50 cm²/C) a été analysé, et des stratégies d’amélioration des performances (dopage et compounding) ont été proposées. Enfin, l’innocuité (DL50>2000 mg/kg) et l’impact environnemental (déchets W<0,1 mg/L) du trioxyde de tungstène jaune ont été évalués, et des propositions de production verte et de normalisation (taux de conformité > 95 %) ont été avancées.
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