Оксид висмута(III) (Bi₂O₃): универсальный материал, освещающий современную промышленность

Оксид висмута(III) (Bi₂O₃) кристаллический порошок ярко-желтого или желто-коричневого цвета. Хотя он и не так блестящ, как золото или серебро, он играет незаменимую роль в самых разных областях современной промышленности. Его уникальные физико-химические свойства — высокая плотность, низкая температура плавления, превосходные диэлектрические свойства, значительная фотокаталитическая активность и экологическая безопасность (без свинца) — обеспечивают ему широкое применение.

Ниже приведены оксид висмута(III) ключевые области применения в современной промышленности:

1. «Ключевая добавка» в электрокерамике

Варисторы: Bi2O3 является основной добавкой при производстве высокоэффективных варисторов на основе оксида цинка (ZnO). В процессе спекания он образует жидкую фазу, способствуя росту и равномерному распределению кристаллов, а также формированию специальной барьерной структуры на границах зерен, что обеспечивает варисторам превосходные нелинейные вольт-амперные характеристики. Это ключевой компонент для защиты цепей от перенапряжения (например, в ограничителях перенапряжения).

Многослойные керамические конденсаторы (MLCC): при добавлении в MLCC на основе титаната бария (BaTiO₃) Bi₂O₃ и его сложных оксидов эффективно снижается температура спекания, подавляется чрезмерный рост зерен и значительно улучшаются температурная стабильность и надежность диэлектрических свойств, что отвечает требованиям миниатюризации и высокочастотности электронных устройств.

Другие электрокерамические материалы: Bi2O3 также используется в ферритах, микроволновой керамике и т. д., выполняя функции флюса, модификатора микроструктуры и оптимизатора свойств.

2. Экологически чистый и эффективный «фотокатализатор»

Очистка окружающей среды: Bi2O3 (особенно его определенные кристаллические модификации, такие как α-Bi₂O₃, β-Bi₂O₃) и его композиционные материалы под действием видимого света генерируют высокоокислительные активные радикалы (например, гидроксильные радикалы ·OH). Это свойство обеспечивает ему огромный потенциал в фотокаталитическом разложении органических загрязнителей (таких как красители, пестициды, остатки лекарственных препаратов) и используется для очистки сточных вод и воздуха.

Разложение воды для получения водорода: Bi₂O₃ как важный полупроводниковый фотокаталитический материал исследуется для использования в фотоэлектролизе воды с целью получения чистого водорода в качестве источника энергии.

3. «Мастер цвета» и «флюс» в стекольной и керамической промышленности

Краситель: Bi2O3 сам по себе может окрашивать стекло или глазурь в яркий желтый цвет. Более того, он часто используется в сочетании с другими оксидами металлов для создания богатой цветовой гаммы (например, с хромом образует красный цвет, с кобальтом — зеленый).

Флюс/глазурь: добавляемый в стекло или керамическую глазурь, Bi₂O₃ значительно снижает температуру плавления и вязкость расплава, повышает текучесть, делает поверхность изделия более гладкой и яркой, усиливает блеск. Его безсвинцовый характер делает его экологически чистой заменой традиционных свинцовых флюсов.

4. «Селективный катализатор» в химическом производстве

Окисление пропилена: Bi₂O₃ является ключевым компонентом катализатора (обычно сложный оксид молибдата висмута) в промышленном производстве акролеина (и, следовательно, акриловой кислоты и других важных химических продуктов). Он обладает высокой активностью и селективностью в отношении целевой реакции.

Другие реакции: катализаторы на основе висмута также демонстрируют хорошие характеристики в реакциях окислительного дегидрирования бутена до бутадиена, селективного окисления метана и т. д.

5. «Защитник» в медицине

Гастропротекторы: основные нитрат висмута, основной карбонат висмута, основной салицилат висмута и другие соединения являются основными компонентами многих лекарств от расстройств желудка (например, гастропротекторы, антациды, противодиарейные средства). В кислой среде желудка они образуют защитный слой, покрывающий слизистую оболочку желудка или язвенную поверхность, изолируя ее от воздействия желудочной кислоты, и могут обладать некоторым антибактериальным (например, против Helicobacter pylori) и вяжущим действием.

6. «Перспективный» в новых областях применения

Твердооксидные топливные элементы (SOFC): δ-Bi₂O₃ обладает самой высокой среди всех известных оксидов ионной проводимостью кислорода и является очень перспективным материалом для электролитов SOFC при средних и низких температурах (часто требует легирования для стабилизации).

Оптические и фотоэлектрические материалы: благодаря высокому показателю преломления и особым оптическим свойствам используется в специальных оптических стеклах, фотодетекторах, сцинтилляционных материалах и т. д.

Антипирены: добавление в полимерные материалы Bi2O3 повышает огнестойкость.

Защита от ядерного излучения: его высокая плотность обеспечивает определенную ценность в тех случаях, когда требуется легкая защита (например, в медицинской радиационной защите).

Заключение:

Оксид висмута(III) (Bi₂O₃ ) — это отнюдь не простое химическое вещество. От защиты электронных цепей в электрокерамике до очистки окружающей среды с помощью фотокатализаторов; от придания цвета и блеска стеклу и керамике до катализа важных химических синтезов; от защиты здоровья желудочно-кишечного тракта до исследования новых источников энергии и передовых фотоэлектрических технологий, Bi₂O₃ своей «многофункциональностью, эффективностью и экологической безопасностью» глубоко интегрирован в современную промышленность и технологии. С дальнейшим развитием материаловедения этот многогранный материал обязательно раскроет свой потенциал в еще большем количестве передовых областей, способствуя созданию более безопасного, чистого и эффективного будущего для человечества.

*Часть изображений взята из Baidu, в случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления.*