氧化鎂的科學研究:最新的發現和進展
以下是氧化鎂在科學研究方面的一些最新發現和進展:
在材料科學領域
陶瓷釉料方面:在現代陶瓷工藝中,氧化鎂是不可或缺的“釉面調光師”。當以3%-8%的比例融入釉料體系時,其高折射率與石英玻璃形成微米級的折射差異,使入射光線在釉層中發生多次散射與干涉,呈現出柔光效果。在1280℃的窯火淬煉中,Mg2+與硅氧四面體形成鎂橄欖石微晶,當晶相比例達到15%-20%時,釉面會展現出類似絲綢的漫反射光澤。通過精確控制氧化鎂在釉料中的含量和燒成溫度等,可使釉面達到理想的光澤度,并降低釉面針孔缺陷率。此外,采用納米氧化鎂替代傳統鉛熔劑,在低溫快燒條件下,能保持釉面光澤度,同時降低重金屬溶出量,為兒童餐具提供安全解決方案;將鎂質耐火材料廢料經等離子體活化后制成多孔氧化鎂填料,添加到釉料中可形成微氣孔結構,提升隔熱性能。
磁性材料方面:在提高耐腐蝕性上,研究團隊在等離子體電解氧化(PEO)過程中引入磁場,顯著降低了PEO涂層的孔隙率,使鎂及其合金的腐蝕電流密度下降一個數量級。在增強鐵磁性方面,實驗發現宏觀晶體是非磁性的氧化鎂時,其多晶樣品有弱鐵磁性,通過摻雜過渡金屬元素Co和Ni以及非金屬元素C和N,可改變氧化鎂材料的電子結構和磁性能。在改善復合材料性能方面,采用共沉淀法和高速球磨技術合成的納米復合材料,展現出硬磁和軟磁之間的弱磁耦合特性,隨著MgO相的添加,復合材料的飽和磁化強度和剩磁強度降低。
在建筑工程領域:針對鹽巖地層中傳統水泥基灌漿材料固化不良、強度低的問題,研究發現通過調控復合氯化物含量、水固比和氧化鎂摻量,能揭示其在鹽水環境下的性能演變規律。適量的氧化鎂(5%)可促進水化反應,使漿液的凝結時間迅速縮短,膠結體的微觀結構堆積良好、致密且呈有序層狀,顯著提高材料的抗壓強度;但氧化鎂含量較高時,灌漿材料中的微裂縫和孔隙擴展,導致強度逐漸降低。該研究為開發耐鹽蝕、高耐久性的MgO-水泥基灌漿材料提供了理論依據。
在環境工程領域:在水處理除氟方面,納米氧化鎂由于顆粒極小,具有更高的比表面積和反應活性,在除氟過程中,能在極短時間內與氟離子發生反應,顯著縮短處理時間,提高氟離子去除率。其除氟過程既發生離子反應形成沉淀,也存在吸附行為,顆粒越小,氧化鎂表面帶電和結構缺陷數量越多,越有利于增強對氟離子的吸附能力。不過,納米氧化鎂在實際應用中存在團聚現象和分離困難的問題,研究者常將其負載在多孔材料或支撐基體上,或制備成顆粒狀、復合濾料來解決這些問題。
在食品科學領域:氧化鎂在食品行業中的應用不斷拓展。它可作為抗結劑,通過吸收多余水分,防止糖粉、鹽等粉末狀食品結塊;能調節食品pH值,中和酸性,穩定醬料、飲料等食品的風味并防止變質;還可幫助保持新鮮農產品、罐裝蔬菜等食品的自然顏色。同時,氧化鎂常被用作鎂元素補充劑,添加到強化谷物、蛋白棒等食品中,以幫助人們滿足每日鎂需求。此外,氧化鎂具有抗菌特性,能夠抑制某些細菌生長,可作為食品保鮮的有效工具,延長食品保質期,減少化學防腐劑的使用。在食品包裝方面,含有氧化鎂的可生物降解包裝薄膜正在研發中,氧化鎂可提高薄膜機械性能并使其具有抗菌性,此外它還可被添加到食品包裝紙、小袋等中,吸收多余水分或阻隔氧氣,延長食品保質期。
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