Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Research on the flocculation process of suspensions based on antimony doped tin oxide (ATO) nanopowder

Dominika Katarzyna Biszewska

Abstract

Continuous development of ceramics allows to obtain materials with better properties. Ceramics exhibit, among others high hardness, chemical resistance and heat resistance. Advanced ceramic materials are also characterized by interesting functional properties, such as good electrical conductivity, transparency or light absorption in certain wavelength ranges. An example of such material is antimony doped tin oxide (ATO), belonging to the transparent conductive oxides TCO. Resistance to weather conditions allows it to be used as a layer in aircraft windows to protect against fog and frost. In addition, it is used in photovoltaic cells as well as in optoelectronic devices displaying as a liquid crystal display. The use of nanopowder in the ceramic process, i.e. particle size below 100 nm, improves the properties of the ceramic product. High specific surface is an important characteristic of nanopowders, which could increase the resistance to brittle fracture, abrasion as well as an increase in mechanical strength. On the other hand, their use in the ceramic process causes problems with liquefaction, as well as obtaining a high proportion of the solid phase. This is due to the tendency of nanopowders to agglomerate in suspensions. The aim of this work was to study the flocculation process of antimony doped tin oxide nanopowder suspensions. The research were focused on the selection of the composition of ceramic slurries and determination of the effect of washing the powder from surface contamination on the dispersing process. The goal of this work was to obtain stable (no sedimentation) slurry with low viscosity and a high content of solid phase. As part of the work, a number of ceramic slurries were prepared with the use of various types of dispersing agents. In addition, slurries based on washed powder with slurries containing non-washed ATO were compared. Rheological properties were measured for selected suspensions. On the basis of the obtained results, the compositions of ceramic slurries with the best properties were selected and used in the molding process by slip casting. Slip casting is a low-cost method of forming ceramic materials from colloidal suspensions that allows to obtain elements with complex shapes. As part of the work, samples from selected ceramic slurries were cast and then subjected to sintering. The properties of green and sinters samples have been determined, such as: relative density, open porosity and absorbability. The sintered samples were observed using scanning electron microscopy (SEM). Based on the obtained results, it was found that the best rheological properties have a slurries with 30% ATO, 1% PEI and 7% glucose. During the work, the highest content of solid phase in slurry which was successfully dispersed was 30%. The beneficial effect of washing the nanopowder on flocculation was also revealed. All slurries prepared on the basis of washed ATO had lower viscosity than their counterparts with unmodified powder. The green samples obtained from ceramic slurries had an apparent density of 2,63 g/cm3 and a relative density of 40,78%. Relative density, water absorption and open porosity of the sintered samples was 37,44%, 25,72% and 65,11%, respectively.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Dominika Katarzyna Biszewska (FC) Dominika Katarzyna Biszewska,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Badania procesów upłynniania zawiesin na bazie nanoproszku tlenku antymonowo-cynowego (ATO)
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
11-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Piotr Wieciński (FC/CChT) Piotr Wieciński,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC) Bogdan Ulejczyk (FC/CChT) Bogdan Ulejczyk,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
tlenek antymonowo – cynowy (ATO), nanomateriały, proces upłynniania, odlewanie z gęstwy
Keywords in English
antimony doped tin oxide ATO, nanomaterials, flocculation process, slip casting
Abstract in Polish
Ciągły rozwój ceramiki pozwala uzyskiwać materiały o coraz lepszych właściwościach. Wyroby ceramiczne wyróżniają się m.in. wysoką twardością, odpornością chemiczną oraz żaroodpornością. Zaawansowane materiały ceramiczne charakteryzują się interesującymi właściwościami funkcjonalnymi, takimi jak dobra przewodność elektryczna, przeświecalność lub absorpcja światła w pewnych zakresach długości fali. Przykładem takiego materiału jest tlenek antymonowo – cynowy (ATO), należący do przeświecalnych tlenków przewodzących TCO. Odporność na działanie czynników atmosferycznych pozwala na zastosowanie go jako warstwy w szybach samolotów do ochrony przed mgłą i mrozem. Ponadto jest wykorzystywany w optoelektronicznych urządzeniach wyświetlających jako wyświetlacz ciekłokrystaliczny, a także znajduje zastosowanie w ogniwach fotowoltaicznych. Wykorzystanie w procesie ceramicznym proszku o rozmiarze ziaren w skali nano-, czyli o wielkości ziaren poniżej 100nm, wpływa na poprawę właściwości wyrobu ceramicznego. Cenioną własnością nanoproszków jest ich dobrze rozwinięta powierzchnia właściwa, co przekłada się na wzrost odporności na kruche pękanie, ścieranie i zginanie oraz zwiększenie wytrzymałości mechanicznej, pod warunkiem braku rozrostu ziarna podczas spiekania. Z drugiej strony wykorzystanie ich w procesie ceramicznym powoduje problemy z upłynnianiem, a także uzyskaniem dużego udziału fazy stałej. Wynika to ze skłonności nanoproszków do aglomeracji w zawiesinach. Celem niniejszej pracy było zbadanie procesów upłynniania zawiesin nanoproszku tlenku antymonowo – cynowego. Badania opierały się na doborze składu ceramicznych mas lejnych oraz określeniu wpływu odmywania proszku z zanieczyszczeń powierzchniowych na przebieg procesu upłynniania. Prace te miały na celu uzyskanie stabilnej (brak sedymentacji) gęstwy o niskiej lepkości, dużym udziale fazy stałej i dobrej lejności. W ramach pracy przygotowano szereg ceramicznych mas lejnych z udziałem różnego typu upłynniaczami. Ponadto porównano zawiesiny na bazie odmytego proszku z gęstwami zawierający nieodmyty ATO. Następnie dla wybranych mas dokonano pomiaru właściwości reologicznych. Na podstawie uzyskanych wyników wybrano składy mas ceramicznych o najlepszych właściwościach, z które wykorzystano w procesie formowania metodą odlewania z gęstwy. Odlewanie z gęstwy to tania metoda formowania materiałów ceramicznych z układów koloidalnych pozwalająca uzyskać elementy o skomplikowanych kształtach. W ramach pracy odlano kształtki z wybranych mas ceramicznych, a następnie poddano je procesowi spiekania. Określono właściwości kształtek surowych oraz spieków m. in. gęstość pozorną, względną, porowatość otwartą i nasiąkliwość. Spieczone kształtki zaobserwowano z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że najlepsze właściwości reologiczne posiada masa o 30%obj. udziale odmytego proszku ATO, 1%wag. PEI oraz 7%wag. glukozy. Podczas badań największy udział fazy stałej w masie, którą udało się upłynnić wynosił 30%obj.. Wykazano także korzystny wpływ odmywania nanoproszku ceramicznego na proces upłynniania. Wszystkie masy przygotowane na bazie odmytego ATO posiadały niższą lepkość od swoich odpowiedników z udziałem nieodmytego proszku. Surowe kształtki odlane z gęstwy posiadały gęstość pozorną równą 2,63 g/cm3 oraz względną – 40,78%. Gęstość względna, nasiąkliwość wodna i porowatość otwarta spieczonych kształtek wynosiły odpowiednio 37,44%, 25,72% i 65,11%.
File
  • File: 1
    Praca_inżynierska_-_Biszewska_Dominika_Katarzyna_-_278334.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 30024

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTe2eb3447f8da412fade11b2023f3bf0f/
URN
urn:pw-repo:WUTe2eb3447f8da412fade11b2023f3bf0f

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page