Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

The use of enzymatic reactions in obtaining ceramics materials based on antimony doped tin oxide (ATO)

Kornelia Zofia Domiter

Abstract

Rapid industrial progress observed in XXI century resulted in increased demand for the materials, which show unusual properties and high-performance parameters. More and more often the answer to the related technological problems and challenges become the nanotechnology and nanomaterials as well as novel functional materials. One of those materials is antimony doped tin oxide (ATO), which belongs to the transparent conductive oxides (TCO). Thanks to its high electrical conductivity and light-colored transparency with relatively low price and low toxicity ATO is successfully applied among others in optoelectronics and photovoltaics. In those disciplines, the material is used as thin, transparent layers. However, current applications of ATO are limited due to the difficulties during its forming and sintering. Working on innovative forming methods of this nanopowder will allow to increase the range of its potential applications and boost its importance as the functional material. One of the most modern forming methods of ceramic slurries is direct coagulation casting (DCC). The main stage of this technique is a slow coagulation of high-loaded slurries in situ in molding forms by enzymatic reactions. Direct coagulation casting allows obtaining complex shape ceramics with homogenous microstructure and properties in the entire volume of the element. The practical aim of this study was obtaining high-loaded ceramics samples based on antimony doped tin oxide by the innovative direct coagulation casting method. In this paper, research to achieve this goal was started by establishing of the isoelectric point of pure ATO and the range of its stability in water dispersions. The next step was choosing of proper dispersants for ATO nanopowder dispersions, what was followed by a selection of a proper pair of enzyme and its substrate, which allow for slurry coagulation directly in the molding form. Parallelly, to determine the optimal sintering conditions for ATO nanopowder, sintering processes were conducted. Two attempts of forming slurries containing 25%vol. of ATO with 1%wt. of poliethyloimine and 7%wt. of glucose (as dispersants) and with 1%wt. of urea and urease (as an enzymatic system) were made as the final stage of the research. The result of the research was obtaining ceramic samples by the slip casting method and direct coagulation casting method. Prepared samples were sintered in 1200°C for 3h. Samples prepared by slip casting contained 30%vol. of ATO with 1%wt. of poliethyloimine and 7%wt. Their relative density was about 36%, and its linear and volume shrinkage was 1% and 3% respectively. Its Vickers hardness was about 3GPa. Samples obtained by DCC were characterized by the same hardness.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Kornelia Zofia Domiter (FC) Kornelia Zofia Domiter,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Praca utajniona
Supervisor
Piotr Wieciński (FC/CChT) Piotr Wieciński,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Chair of Chemical Technology (FC/CChT)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
29-01-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Piotr Wieciński (FC/CChT) Piotr Wieciński,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC) Michał Młotek (FC/CChT) Michał Młotek,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
ATO, zawiesina ceramiczna, przeświecalne tlenki przewodzące, bezpośrednie odlewanie koagulacyjne, koagulacja mas ceramicznych, reakcje enzymatyczne.
Keywords in English
ATO, ceramic slurry, direct coagulation casting, ceramic slurries coagulation, enzymatic reactions, transparent conductive oxide.
Abstract in Polish
Gwałtowny postęp przemysłowy obserwowany w XXI wieku pociągnął za sobą silny wzrost zapotrzebowania na materiały wykazujące nietypowe właściwości i wysokie parametry użytkowe. Odpowiedzią na związane z tym wyzwania i problemy współczesnej technologii coraz częściej staje się nanotechnologia i materiały o rozmiarze nanometrycznym, a także materiały o interesujących właściwościach funkcjonalnych. Jednym z takich materiałów jest ATO, czyli tlenek cynowo-antymonowy należący do grupy przeświecalnych tlenków przewodzących. ATO, dzięki swojej wysokiej przewodności elektrycznej i półprzepuszczalności dla światła widzialnego, przy jednocześnie relatywnie niskiej cenie oraz niskiej toksyczności jest materiałem z powodzeniem wykorzystywanym m.in. w dziedzinie optoelektroniki i fotowoltaiki. W obszarach tych ATO wykorzystuje się w postaci cienkich, przeświecalnych powłok. Obecne zastosowania tego surowca są jednak mocno ograniczone ze względu na trudności występujące przy jego formowaniu i spiekaniu. Nowatorskie prace nad nowymi metodami formowania tego nanoproszku pozwolą na zwiększeniu spektrum jego potencjalnych aplikacji i wzrost jego znaczenia jako materiału funkcjonalnego. Jedną z najnowszych metod formowania ceramicznych mas lejnych jest bezpośrednie odlewanie koagulacyjne DCC (ang. direct coagulation casting). Istotą tej techniki jest powolna koagulacja zawiesin ceramicznych o dużej zawartości fazy stałej in situ w formie przy udziale reakcji enzymatycznych. Bezpośrednie odlewanie koagulacyjne pozwala na uzyskanie wyrobów o skomplikowanym kształcie oraz jednolitej mikrostrukturze i właściwościach w całej objętości elementu. Aplikacyjnym celem niniejszej pracy dyplomowej było otrzymanie kształtek ceramicznych o wysokiej zawartości tlenku cynowo-antymonowego innowacyjną metodą bezpośredniego odlewania koagulacyjnego. Aby to osiągnąć, badania rozpoczęto od określenia wartości punktu izoelektrycznego czystego proszku ATO oraz zakresu jego stabilności w zawiesinach wodnych. Kolejnym etapem prac było dobranie odpowiednich związków upłynniających, a następnie dobór takiej pary enzymu i substratu, które umożliwią kontrolowaną koagulację otrzymanej masy ceramicznej bezpośrednio w formie. Równolegle, przeprowadzono próby spiekania badanego nanoproszku w celu określenia optymalnych warunków prowadzenia tego procesu. Końcowym etapem badań było przeprowadzenie dwóch prób formowania zawiesin zawierających 25%obj. ATO z dodatkiem 1%wag. polietyloiminy i 7%wag glukozy (jako związków upłynniających) oraz 1%wag mocznika i ureazy (jako układu enzymatycznego). Wynikiem przeprowadzonych badań było otrzymanie kształtek ceramicznych na bazie ATO metodą odlewania oraz DCC. Przygotowane kształtki spiekano w temp. 1200°C przez 3h. Próbki odlane z gęstwy zawierającej 30%obj. ATO z dodatkiem 1%wag. PEI i 7%wag. glukozy charakteryzowały się gęstością względną na poziomie 36%, a ich skurcze liniowy i objętościowy wyniosły odpowiednio ok. 1% i 3%. Ich twardość określona metodą Vickersa miała wartość ok. 3GPa. Spieczone próbki otrzymanych metodą DCC miały zbliżoną twardość.
File
  • File: 1
    Decyzja_o_utajnieniu.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 30025

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT14893d83ad86403a8427c108489f2623/
URN
urn:pw-repo:WUT14893d83ad86403a8427c108489f2623

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page