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从食品生产到石墨烯看技能满分的妖镍

2021年12月01日 台州机械设备网

食品供应和食品安全是全球当下关注的热点问题。据世界卫生组织报道,每十个人当中就有一人每年因食用受污染的食物而患病,每年有42万人因此死亡,其中幼儿所受风险特别高。

人们一致认为食品安全始于严格的卫生,而含镍不锈钢在食品供应链每个环节的这个方面一直发挥着重要的作用。不锈钢拥有骄人的历史。不锈钢最早发明于20世纪00年代初,很快被公认为一种理想的食品接触材料。早期应用实例为1934年下水的豪华游轮玛丽女王号华丽的不锈钢厨房。

由于不锈钢易于清洗,因此非常适合在需要满足严格卫生条件的环境中使用。含镍不锈钢的耐腐蚀性意味着它不活泼,可以保持食品口感和外观。如今,不锈钢总产量的20%以上都用于食品饮料行业的相关制品。

印度食品加工业

离不开含镍不锈钢

印度的食品饮料加工、保存和配送行业的重要性正在日益提高――不仅是为了以较低成本保证这个大国不断增长人口的食物供应,也为了推动出口增长。由于气候的多样性,印度是世界上少数能出产多种农作物和丰富牲畜的国家之一。含镍不锈钢通过在设备、部件和器具中的应用在印度食品加工业中发挥着重要作用。

304型和316型需求旺盛。在食品加工业中,不锈钢在装瓶设备、蒸煮锅、搅拌器、混合器、冷却通道、储罐、生物技术反应器、浸煮器、工艺管路、泵、阀门法兰和传送带等设备中广泛应用。印度食品加工机械制造商青睐304型(30400)和316型(S31600)不锈钢。在印度钢铁部联合工厂委员会近期对不锈钢市场的调研中,估计该行业需求量的80%左右为304型不锈钢,其余为316型不锈钢。这些含镍奥氏体不锈钢被全球食品加工业采用,实际证明是安全的,而且符合食品级安全和卫生标准的各项技术要求,这是因为它们具有耐腐蚀性、无毒、无吸收性的稳定接触表面以及易清洁性。

保证长期增长和安全。估计仅2016年一年印度食品加工业的不锈钢使用量就有约5万吨。预计未来十年内,该行业不锈钢使用量的长期增长率将每年增加13.4%左右。印度加工食品制造商深知不锈钢有助于维持加工过程中的食品质量并提高消费者信心。考虑到总体的高增长潜力,印度食品加工业拥有光明的前景,而含镍不锈钢将在其中发挥重要作用。

含镍不锈钢

提高食品安全性

全部镍产量的五分之一作为食品接触材料使用,主要是不锈钢,因为不锈钢凭借优异的性能符合该行业的严格要求。为了保证食品的彻底安全,必须遵照设备标准和准则。但即使标准的最终目标是相同的,但标准具有多样性,有不同组织制定的标准、不同国家和方面的标准。一些标准是强制性标准,有些是自愿性标准,而且标准会经常更新以解决新问题。

在2011年美国爆发的李斯特菌病食物中毒事件中,美国28个州共有33人死亡和147个确诊病例。这次事件是由科罗拉多州一座农场内受污染甜瓜中的单核细胞增生李斯特菌引起的。虽然生乳制成的食品(例如未经高温消毒的乳酪和即食熟肉)已知有可能携带李斯特菌,但甜瓜等水果以前未被确定为污染源。

食品药品管理局(FDA)的官员发现,农场内先前用于土豆耕种的的设备已经变脏,发生腐蚀,而且上面有李斯特菌。食品药品管理局称:“该设备的过往使用可能在一定程度上造成了污染。”还在包装设备地面上发现了被李斯特菌污染的水,因此确定李斯特菌是被设备周围走动的工人传播的,因为也在甜瓜传送带上发现了被污染的水。

食品药品管理局认为该次李斯特菌病爆发是全面实施2011年1月4日生效的《食品安全现代化法》(FSMA)的另一个理由。虽然FSMA没有对食品接触表面应当使用哪些材料提出要求,但3-A等食品行业的其他标准鼓励采用含镍不锈钢,例如304型(UNS S30400)或更高的合金等级。这些合金用于制作便于清洗和消毒的耐腐蚀设备和基础设施,从而预防李斯特菌病等污染。不锈钢在屠宰场和大量食品生产应用中广泛使用,在农场用于动物围栏、饲喂和饮水站、挤奶设备和牛奶储藏设备,以及动物粪便收集和处理设备。有一种奥氏体不锈钢在从牛奶到啤酒的几乎各种食品应用中使用,而304型不锈钢已在该行业中使用50多年;鱼类和肉类制品可能需要较高等级的不锈钢,例如316L型(S31603);还有为了适应酱油生产中极度腐蚀性的条件而研制的超级奥氏体不锈钢。

其实,设计食品加工设备时,“卫生”不仅仅意味着“始终洁净和光亮”,还意味着能“防止工艺污染物的积聚而且在生产运行之间便于清洗”。所选择的材料不仅不会造成腐蚀或者“不会让足以危害人类健康数量的成分转移到食物中”,而且能制成复杂的形状和部件。含镍不锈钢符合这些标准,而且其可成型性、可加工性和可焊接性保证了它们的制作公差很小,因此不仅实用而且经济上可行。

商用厨房:

不锈钢无所不在的天地

大型商用厨房简直就是一个充满了不锈钢的天地。从操作台、水槽、刀具到烹饪用具,厨房中几乎所有物品都是由不锈钢制成的。

从医院厨房到大餐馆甚至学校自助食堂,过去几十年里商用厨房越来越多地采用不锈钢。有这个趋势是因为不锈钢在食品行业中表现出优良的性质,而且有多种产品和等级可供选择。

厨房中的每个要素都有一套独特的要求,例如设计刀具时可能需要能形成尖锐刀口的等级,制作烹饪用具时可能需要能保证优良冷成型性的等级。这些属性都有相应等级的不锈钢可供选择。

需要具备耐腐蚀性和耐磨性的厨房不锈钢器具大多采用304型含镍不锈钢(UNS 30400)。这个奥氏体等级具有优良的成型性,在低温下不会脆裂,而且一般很容易焊接。钢材表面形成的钝化层保证了耐腐蚀性。钝化层是连续且无孔的,而且在正常条件下能自我修复,从而能安全地封隔合金元素。不锈钢与铬和镍结合时具有优良的耐腐蚀性,其中304型的最高含铬量约为18%、最高含镍量约为10%。

其普遍的耐腐蚀性和易清洁性使不锈钢“不生锈”而且卫生,这是食品制作中两种很有价值的属性。从餐具到洗涤槽,含镍不锈钢在商用厨房中发挥着重要的作用。

镍在提高石墨烯生长速度

和纯度上发挥有益作用

多年来,研究者和工艺师一直在探索石墨烯——一个原子厚度的纯碳层的巨大应用潜力,及其在各个领域中的未来应用,从高级触摸屏和半导体到长效电池和下一代太阳能电池。

但石墨烯独特的固有性质——极高的导电性和导热性、显着的电子迁移性,只有在无缺陷生长的情况下才能完全实现,否则会破坏结合碳原子的蜂窝状结构。

材料科学家Anirudha Sumant博士带领的团队,与美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的纳米材料中心(CNM)和材料科学部、加州大学河滨分校合作开发了一种石墨烯生长方法,与如今普遍采用的石墨烯制作工艺相比,所含杂质较少、制作成本较低、制作时间较短且制作温度较低。

这项新技术建立在超纳米金刚石(UNCD)的基础上——阿贡国家实验室的研究者最先开发的一种合成金刚石。采用这种金刚石时,一层石墨烯的生长时间不到一分钟,而常规方法需要几个小时。

计算机模拟表明镍的特定晶体方位(111)非常有利于晶核形成和石墨烯的后续快速生长;这一点随后得到了实验确认。这些大规模模拟还表明了石墨烯是怎样成型的。镍原子散射到金刚石中,破坏了它的晶序,而来自这种无定形固体的碳原子会移动到镍表面并迅速形成蜂窝状结构,从而获得基本无缺陷的石墨烯。

然后,镍穿过UNCD的细晶粒并下沉,不需要通过酸来溶解顶面上多余的金属原子。“这就像在一个未知的地点遇到了一位心地善良之人,他无私地帮助你,然后安静地离开,无处可寻。”Sumant说道。

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