Dankie dat jy Nature.com besoek het.Die blaaierweergawe wat jy gebruik het beperkte CSS-ondersteuning.Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer).In die tussentyd, om volgehoue ​​ondersteuning te verseker, sal ons die webwerf sonder style en JavaScript weergee.
Die markaandeel van adsorpsie-verkoelingstelsels en hittepompe is steeds relatief klein in vergelyking met tradisionele kompressorstelsels.Ten spyte van die groot voordeel van die gebruik van goedkoop hitte (in plaas van duur elektriese werk), is die implementering van stelsels gebaseer op adsorpsiebeginsels steeds beperk tot 'n paar spesifieke toepassings.Die grootste nadeel wat uitgeskakel moet word, is die afname in spesifieke drywing as gevolg van lae termiese geleidingsvermoë en lae stabiliteit van die adsorbent.Huidige moderne kommersiële adsorpsie-verkoelingstelsels is gebaseer op adsorbeerders gebaseer op plaathitteruilers wat bedek is om verkoelingskapasiteit te optimaliseer.Die resultate is welbekend dat die vermindering van die dikte van die deklaag lei tot 'n afname in die massa-oordragimpedansie, en die verhoging van die oppervlak-area tot volume verhouding van die geleidende strukture verhoog krag sonder om doeltreffendheid in te boet.Die metaalvesels wat in hierdie werk gebruik word, kan 'n spesifieke oppervlak in die reeks van 2500–50 000 m2/m3 verskaf.Drie metodes vir die verkryging van baie dun maar stabiele bedekkings van southidrate op metaaloppervlaktes, insluitend metaalvesels, vir die vervaardiging van bedekkings demonstreer vir die eerste keer 'n hoë-kragdigtheid hitteruiler.Die oppervlakbehandeling gebaseer op aluminium-anodisering word gekies om 'n sterker binding tussen die deklaag en die substraat te skep.Die mikrostruktuur van die resulterende oppervlak is met behulp van skandeerelektronmikroskopie geanaliseer.Verminderde totale refleksie Fourier transform infrarooi spektroskopie en energie dispersiewe X-straal spektroskopie is gebruik om te kyk vir die teenwoordigheid van die verlangde spesies in die toets.Hulle vermoë om hidrate te vorm is bevestig deur gekombineerde termogravimetriese analise (TGA)/differensiële termogravimetriese analise (DTG).Swak kwaliteit van meer as 0.07 g (water)/g (saamgestelde) is in die MgSO4-bedekking gevind, wat tekens van dehidrasie by ongeveer 60 °C toon en reproduseerbaar is na herhidrasie.Positiewe resultate is ook verkry met SrCl2 en ZnSO4 met 'n massaverskil van ongeveer 0.02 g/g onder 100 °C.Hydroxyethylcellulose is gekies as 'n bymiddel om die stabiliteit en adhesie van die deklaag te verhoog.Die adsorpsie-eienskappe van die produkte is geëvalueer deur gelyktydige TGA-DTG en hul adhesie is gekenmerk deur 'n metode gebaseer op die toetse beskryf in ISO2409.Die konsekwentheid en adhesie van die CaCl2-bedekking word aansienlik verbeter terwyl sy adsorpsiekapasiteit behou word met 'n gewigsverskil van ongeveer 0,1 g/g by temperature onder 100 °C.Daarbenewens behou MgSO4 die vermoë om hidrate te vorm, wat 'n massaverskil van meer as 0,04 g/g toon by temperature onder 100 °C.Laastens word bedekte metaalvesels ondersoek.Die resultate toon dat die effektiewe termiese geleidingsvermoë van die veselstruktuur wat met Al2(SO4)3 bedek is, 4.7 keer hoër kan wees in vergelyking met die volume van suiwer Al2(SO4)3.Die bedekking van die bestudeerde bedekkings is visueel ondersoek, en die interne struktuur is geëvalueer met behulp van 'n mikroskopiese beeld van die dwarssnitte.'n Deklaag van Al2(SO4)3 met 'n dikte van ongeveer 50 µm is verkry, maar die algehele proses moet geoptimaliseer word om 'n meer eenvormige verspreiding te verkry.
Adsorpsiestelsels het die afgelope paar dekades baie aandag gekry, aangesien dit 'n omgewingsvriendelike alternatief vir tradisionele kompressie-hittepompe of verkoelingstelsels bied.Met stygende geriefstandaarde en globale gemiddelde temperature, kan adsorpsiestelsels in die nabye toekoms afhanklikheid van fossielbrandstowwe verminder.Daarbenewens kan enige verbeterings in adsorpsie-verkoeling of hittepompe oorgedra word na termiese energieberging, wat 'n bykomende toename in die potensiaal vir doeltreffende gebruik van primêre energie verteenwoordig.Die grootste voordeel van adsorpsiehittepompe en verkoelingstelsels is dat hulle met lae hittemassa kan werk.Dit maak hulle geskik vir laetemperatuurbronne soos sonenergie of afvalhitte.In terme van energiebergingstoepassings het adsorpsie die voordeel van hoër energiedigtheid en minder energieverspreiding in vergelyking met sinvolle of latente hitteberging.
Adsorpsiehittepompe en verkoelingstelsels volg dieselfde termodinamiese siklus as hul dampkompressie-eweknieë.Die belangrikste verskil is die vervanging van kompressorkomponente met adsorbeerders.Die element is in staat om laedruk koelmiddeldamp by matige temperature te adsorbeer, en verdamp meer koelmiddel selfs wanneer die vloeistof koud is.Dit is nodig om konstante verkoeling van die adsorbeerder te verseker om die entalpie van adsorpsie (eksoterm) uit te sluit.Die adsorbeerder word by hoë temperatuur geregenereer, wat veroorsaak dat die koelmiddeldamp desorbeer.Verhitting moet voortgaan om die entalpie van desorpsie (endotermies) te verskaf.Omdat adsorpsieprosesse gekenmerk word deur temperatuurveranderinge, vereis hoë drywingsdigtheid hoë termiese geleidingsvermoë.Lae termiese geleidingsvermoë is egter verreweg die grootste nadeel in die meeste toepassings.
Die hoofprobleem van geleidingsvermoë is om die gemiddelde waarde daarvan te verhoog terwyl die vervoerpad wat die vloei van adsorpsie/desorpsiedampe verskaf, behou word.Twee benaderings word algemeen gebruik om dit te bereik: saamgestelde hitteruilers en bedekte hitteruilers.Die gewildste en suksesvolste saamgestelde materiale is dié wat koolstofgebaseerde bymiddels gebruik, naamlik uitgebreide grafiet, geaktiveerde koolstof of koolstofvesels.Oliveira et al.2 geïmpregneerde geëxpandeerde grafietpoeier met kalsiumchloried om 'n adsorbeerder met 'n spesifieke verkoelingskapasiteit (SCP) van tot 306 W/kg en 'n prestasiekoëffisiënt (COP) van tot 0.46 te produseer.Zajaczkowski et al.3 het 'n kombinasie van uitgebreide grafiet, koolstofvesel en kalsiumchloried voorgestel met 'n totale geleidingsvermoë van 15 W/mK.Jian et al4 het samestellings getoets met swaelsuur-behandelde uitgebreide natuurlike grafiet (ENG-TSA) as substraat in 'n twee-stadium adsorpsie verkoelingsiklus.Die model het COP voorspel van 0,215 tot 0,285 en SCP van 161,4 tot 260,74 W/kg.
Verreweg die mees lewensvatbare oplossing is die bedekte hitteruiler.Die bedekkingsmeganismes van hierdie hitteruilers kan in twee kategorieë verdeel word: direkte sintese en kleefmiddels.Die mees suksesvolle metode is direkte sintese, wat die vorming van adsorberende materiale direk op die oppervlak van hitteruilers van die toepaslike reagense behels.Sotech5 het 'n metode gepatenteer vir die sintetisering van bedekte zeoliet vir gebruik in 'n reeks verkoelers wat deur Fahrenheit GmbH vervaardig word.Schnabel et al6 het die werkverrigting getoets van twee zeoliete wat op vlekvrye staal bedek is.Hierdie metode werk egter net met spesifieke adsorberende middels, wat bedekking met kleefmiddels 'n interessante alternatief maak.Bindmiddels is passiewe stowwe wat gekies word om adhesie en/of massa-oordrag te ondersteun, maar speel geen rol in adsorpsie of geleidingsversterking nie.Freni et al.7 bedekte aluminium hitteruilers met AQSOA-Z02 zeoliet gestabiliseer met 'n klei-gebaseerde bindmiddel.Calabrese et al.8 het die voorbereiding van zeolietbedekkings met polimeriese bindmiddels bestudeer.Ammann et al.9 het 'n metode voorgestel vir die voorbereiding van poreuse zeolietbedekkings uit magnetiese mengsels van polivinielalkohol.Alumina (alumina) word ook as bindmiddel 10 in die adsorbeerder gebruik.Sover ons kennis dra, word sellulose en hidroksieletielsellulose slegs in kombinasie met fisiese adsorbente gebruik11,12.Soms word die gom nie vir die verf gebruik nie, maar word gebruik om die struktuur 13 op sy eie te bou.Die kombinasie van alginaatpolimeermatrikse met veelvuldige southidrate vorm buigsame saamgestelde kraalstrukture wat lekkasie tydens droging voorkom en voldoende massa-oordrag verskaf.Klei soos bentoniet en attapulgiet is gebruik as bindmiddels vir die voorbereiding van komposiete15,16,17.Etielsellulose is gebruik om kalsiumchloried18 of natriumsulfied19 te mikro-inkapsuleer.
Komposiete met 'n poreuse metaalstruktuur kan verdeel word in bykomende hitteruilers en bedekte hitteruilers.Die voordeel van hierdie strukture is die hoë spesifieke oppervlakte.Dit lei tot 'n groter kontakoppervlak tussen adsorbent en metaal sonder die byvoeging van 'n inerte massa, wat die algehele doeltreffendheid van die verkoelingsiklus verminder.Lang et al.20 het die algehele geleidingsvermoë van 'n zeoliet-adsorbeerder met 'n aluminium-heuningkoekstruktuur verbeter.Gillerminot et al.21 het die termiese geleidingsvermoë van NaX-zeolietlae met koper- en nikkelskuim verbeter.Alhoewel komposiete as faseveranderingsmateriaal (PCM's) gebruik word, is die bevindinge van Li et al.22 en Zhao et al.23 is ook van belang vir chemisorpsie.Hulle het die werkverrigting van uitgebreide grafiet en metaalskuim vergelyk en tot die gevolgtrekking gekom dat laasgenoemde slegs verkieslik is as korrosie nie 'n probleem is nie.Palomba et al.het onlangs ander metaalporeuse strukture vergelyk24.Van der Pal et al.het metaalsoute wat in skuim ingebed is bestudeer 25 .Alle vorige voorbeelde stem ooreen met digte lae deeltjie adsorberende middels.Metaalporeuse strukture word feitlik nie gebruik om adsorbeerders te bedek nie, wat 'n meer optimale oplossing is.'n Voorbeeld van binding aan seoliete kan gevind word in Wittstadt et al.26 maar geen poging is aangewend om southidrate te bind ten spyte van hul hoër energiedigtheid 27 nie.
Drie metodes vir die voorbereiding van adsorberende bedekkings sal dus in hierdie artikel ondersoek word: (1) bindmiddelbedekking, (2) direkte reaksie en (3) oppervlakbehandeling.Hydroxyethylcellulose was die bindmiddel van keuse in hierdie werk as gevolg van voorheen gerapporteerde stabiliteit en goeie deklaagadhesie in kombinasie met fisiese adsorberende middels.Hierdie metode is aanvanklik vir plat bedekkings ondersoek en later op metaalveselstrukture toegepas.Voorheen is 'n voorlopige ontleding van die moontlikheid van chemiese reaksies met die vorming van adsorberende bedekkings gerapporteer.Vorige ondervinding word nou oorgedra na die deklaag van metaalveselstrukture.Die oppervlakbehandeling wat vir hierdie werk gekies is, is 'n metode wat gebaseer is op aluminium-anodisering.Aluminium-anodisering is suksesvol gekombineer met metaalsoute vir estetiese doeleindes29.In hierdie gevalle kan baie stabiele en korrosiebestande bedekkings verkry word.Hulle kan egter geen adsorpsie- of desorpsieproses uitvoer nie.Hierdie vraestel bied 'n variant van hierdie benadering wat toelaat dat massa beweeg word deur die kleef eienskappe van die oorspronklike proses te gebruik.Sover ons kennis strek, is geen van die metodes wat hier beskryf word voorheen bestudeer nie.Hulle verteenwoordig 'n baie interessante nuwe tegnologie omdat hulle die vorming van gehidreerde adsorberende bedekkings moontlik maak, wat 'n aantal voordele het bo die fisiese adsorberende middels wat gereeld bestudeer word.
Die gestempelde aluminiumplate wat as substrate vir hierdie eksperimente gebruik is, is verskaf deur ALINVEST Břidličná, Tsjeggiese Republiek.Hulle bevat 98,11% aluminium, 1,3622% yster, 0,3618% mangaan en spore van koper, magnesium, silikon, titanium, sink, chroom en nikkel.
Die materiale wat vir die vervaardiging van komposiete gekies word, word gekies in ooreenstemming met hul termodinamiese eienskappe, naamlik afhangende van die hoeveelheid water wat hulle by temperature onder 120°C kan adsorbeer/desorbeer.
Magnesiumsulfaat (MgSO4) is een van die mees interessante en bestudeerde gehidreerde soute30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Die termodinamiese eienskappe is sistematies gemeet en gevind dat dit geskik is vir toepassings in die velde van adsorpsie-verkoeling, hittepompe en energieberging.Droë magnesiumsulfaat CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Duitsland) is gebruik.
Kalsiumchloried (CaCl2) (H319) is nog 'n goed bestudeerde sout omdat sy hidraat interessante termodinamiese eienskappe het41,42,43,44.Kalsiumchloried heksahidraat CAS-No.7774-34-7 97% gebruik (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Duitsland).
Sinksulfaat (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) en sy hidrate het termodinamiese eienskappe wat geskik is vir laetemperatuur-adsorpsieprosesse45,46.Sinksulfaat-heptahidraat CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Duitsland) is gebruik.
Strontiumchloried (SrCl2) (H318) het ook interessante termodinamiese eienskappe4,45,47 alhoewel dit dikwels met ammoniak gekombineer word in adsorpsie-hittepomp- of energiebergingsnavorsing.Strontiumchloried heksahidraat CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, VSA) is vir die sintese gebruik.
Kopersulfaat (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) is nie een van die hidrate wat gereeld in die professionele literatuur voorkom nie, alhoewel die termodinamiese eienskappe daarvan van belang is vir laetemperatuurtoepassings48,49.Kopersulfaat CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, VSA) is vir die sintese gebruik.
Magnesiumchloried (MgCl2) is een van die gehidreerde soute wat onlangs meer aandag gekry het op die gebied van termiese energieberging50,51.Magnesiumchloried-heksahidraat CAS-Nr.7791-18-6 suiwer farmaseutiese graad (Applichem GmbH., Darmstadt, Duitsland) is vir die eksperimente gebruik.
Soos hierbo genoem, is hidroksielsellulose gekies as gevolg van die positiewe resultate in soortgelyke toepassings.Die materiaal wat in ons sintese gebruik word, is hidroksieletielsellulose CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, VSA).
Metaalvesels word gemaak van kort drade wat saamgebind is deur saampersing en sintering, 'n proses wat bekend staan ​​as smeltkroes-ekstraksie (CME)52.Dit beteken dat hul termiese geleidingsvermoë nie net afhang van die grootmaat geleidingsvermoë van die metale wat in die vervaardiging gebruik word en die porositeit van die finale struktuur nie, maar ook van die kwaliteit van die bindings tussen die drade.Die vesels is nie isotropies nie en neig om tydens produksie in 'n sekere rigting versprei te word, wat die termiese geleidingsvermoë in die dwarsrigting baie laer maak.
Die waterabsorpsie-eienskappe is ondersoek deur gebruik te maak van gelyktydige termogravimetriese analise (TGA)/differensiële termogravimetriese analise (DTG) in 'n vakuumverpakking (Netzsch TG 209 F1 Weegskaal).Die metings is uitgevoer in 'n vloeiende stikstofatmosfeer teen 'n vloeitempo van 10 ml/min en 'n temperatuurreeks van 25 tot 150°C in aluminiumoksied smeltkroeë.Die verhittingstempo was 1 °C/min, die monstergewig het gewissel van 10 tot 20 mg, die resolusie was 0.1 μg.In hierdie werk moet daarop gelet word dat die massaverskil per eenheidoppervlak 'n groot onsekerheid het.Die monsters wat in TGA-DTG gebruik word, is baie klein en onreëlmatig gesny, wat hul areabepaling onakkuraat maak.Hierdie waardes kan slegs na 'n groter gebied geëkstrapoleer word as groot afwykings in ag geneem word.
Verswakte totale refleksie Fourier transform infrarooi (ATR-FTIR) spektra is verkry op 'n Bruker Vertex 80 v FTIR spektrometer (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Duitsland) met behulp van 'n ATR platinum bykomstigheid (Bruker Optik GmbH, Duitsland).Die spektra van suiwer droë diamantkristalle is direk in vakuum gemeet voordat die monsters as agtergrond vir eksperimentele metings gebruik is.Die monsters is in vakuum gemeet deur 'n spektrale resolusie van 2 cm-1 en 'n gemiddelde aantal skanderings van 32 te gebruik. Golfgetal wissel van 8000 tot 500 cm-1.Spektraalanalise is uitgevoer met behulp van die OPUS-program.
SEM-analise is uitgevoer met behulp van 'n DSM 982 Gemini van Zeiss teen versnellingsspannings van 2 en 5 kV.Energieverspreidende X-straalspektroskopie (EDX) is uitgevoer deur gebruik te maak van 'n Thermo Fischer System 7 met 'n Peltier-verkoelde silikondryfdetektor (SSD).
Die voorbereiding van metaalplate is uitgevoer volgens die prosedure soortgelyk aan dié beskryf in 53. Dompel eers die plaat in 50% swaelsuur.15 minute.Daarna is hulle vir ongeveer 10 sekondes in 1 M natriumhidroksiedoplossing ingebring.Daarna is die monsters met 'n groot hoeveelheid gedistilleerde water gewas, en dan vir 30 minute in gedistilleerde water geweek.Na voorlopige oppervlakbehandeling is die monsters in 'n 3% versadigde oplossing gedompel.HEC en teikensout.Haal hulle laastens uit en droog hulle teen 60°C.
Die anodiseringsmetode verbeter en versterk die natuurlike oksiedlaag op die passiewe metaal.Die aluminiumpanele is geanodiseer met swaelsuur in 'n verharde toestand en dan in warm water verseël.Anodisering het gevolg op 'n aanvanklike ets met 1 mol/l NaOH (600 s) gevolg deur neutralisasie in 1 mol/l HNO3 (60 s).Die elektrolietoplossing is 'n mengsel van 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 en 1 M MgSO4 + 7H2O.Anodisering is uitgevoer by (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 vir 1200 sekondes.Die verseëlingsproses is uitgevoer in verskeie pekeloplossings soos beskryf in die materiale (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).Die monster word vir 1800 sekondes daarin gekook.
Drie verskillende metodes vir die vervaardiging van samestellings is ondersoek: kleeflaag, direkte reaksie en oppervlakbehandeling.Die voor- en nadele van elke opleidingsmetode word sistematies ontleed en bespreek.Direkte waarneming, nanobeelding en chemiese / elementêre analise is gebruik om die resultate te evalueer.
Anodisering is gekies as 'n omskakelingsoppervlakbehandelingsmetode om die adhesie van southidrate te verhoog.Hierdie oppervlakbehandeling skep 'n poreuse struktuur van alumina (alumina) direk op die aluminiumoppervlak.Tradisioneel bestaan ​​hierdie metode uit twee fases: die eerste fase skep 'n poreuse struktuur van aluminiumoksied, en die tweede fase skep 'n laag aluminiumhidroksied wat die porieë toemaak.Die volgende is twee metodes om sout te blokkeer sonder om toegang tot die gasfase te blokkeer.Die eerste bestaan ​​uit 'n heuningkoekstelsel wat klein aluminiumoksied (Al2O3) buisies gebruik wat in die eerste stap verkry is om die adsorberende kristalle vas te hou en die adhesie daarvan aan metaaloppervlaktes te verhoog.Die resulterende heuningkoeke het 'n deursnee van ongeveer 50 nm en 'n lengte van 200 nm (Fig. 1a).Soos vroeër genoem, word hierdie holtes gewoonlik in 'n tweede stap toegemaak met 'n dun laag Al2O(OH)2-boehmiet wat deur die alumina-buiskookproses ondersteun word.In die tweede metode word hierdie verseëlingsproses so aangepas dat die soutkristalle in 'n eenvormig bedekkende laag boehmiet (Al2O(OH)) vasgevang word, wat nie in hierdie geval vir verseëling gebruik word nie.Die tweede fase word uitgevoer in 'n versadigde oplossing van die ooreenstemmende sout.Die beskryfde patrone het groottes in die reeks van 50–100 nm en lyk soos gespatte druppels (Fig. 1b).Die oppervlak wat as gevolg van die verseëlingsproses verkry word, het 'n uitgesproke ruimtelike struktuur met 'n groter kontakarea.Hierdie oppervlakpatroon, saam met hul vele bindingskonfigurasies, is ideaal om soutkristalle te dra en vas te hou.Beide strukture wat beskryf word, blyk werklik poreus te wees en het klein holtes wat blykbaar goed geskik is om southidrate te behou en dampe aan die sout te adsorbeer tydens die werking van die adsorbeerder.Elementêre ontleding van hierdie oppervlaktes met behulp van EDX kan egter spoorhoeveelhede magnesium en swael op die oppervlak van boehmiet opspoor, wat nie in die geval van 'n alumina-oppervlak opgespoor word nie.
Die ATR-FTIR van die monster het bevestig dat die element magnesiumsulfaat was (sien Figuur 2b).Die spektrum toon kenmerkende sulfaatioonpieke by 610–680 en 1080–1130 cm–1 en kenmerkende roosterwaterpieke by 1600–1700 cm–1 en 3200–3800 cm–1 (sien Fig. 2a, c).).Die teenwoordigheid van magnesiumione verander amper nie die spektrum nie54.
(a) EDX van 'n boehmiet-bedekte MgSO4-aluminiumplaat, (b) ATR-FTIR-spektra van boehmiet- en MgSO4-bedekkings, (c) ATR-FTIR-spektra van suiwer MgSO4.
Die handhawing van adsorpsie-doeltreffendheid is deur TGA bevestig.Op fig.3b toon 'n desorpsiepiek van ongeveer.60°C.Hierdie piek stem nie ooreen met die temperatuur van die twee pieke wat in TGA van suiwer sout waargeneem is nie (Fig. 3a).Die herhaalbaarheid van die adsorpsie-desorpsie siklus is geëvalueer, en dieselfde kurwe is waargeneem nadat die monsters in 'n vogtige atmosfeer geplaas is (Fig. 3c).Die verskille wat in die tweede fase van desorpsie waargeneem word, kan die gevolg wees van dehidrasie in 'n vloeiende atmosfeer, aangesien dit dikwels lei tot onvolledige dehidrasie.Hierdie waardes stem ooreen met ongeveer 17,9 g/m2 in die eerste ontwatering en 10,3 g/m2 in die tweede ontwatering.
Vergelyking van TGA-analise van boehmiet en MgSO4: TGA-analise van suiwer MgSO4 (a), mengsel (b) en na herhidrasie (c).
Dieselfde metode is uitgevoer met kalsiumchloried as adsorbens.Die resultate word in Figuur 4 aangebied. Visuele inspeksie van die oppervlak het geringe veranderinge in die metaalgloei getoon.Die pels is skaars sigbaar.SEM het die teenwoordigheid van klein kristalle wat eweredig oor die oppervlak versprei is, bevestig.TGA het egter geen dehidrasie onder 150°C getoon nie.Dit kan wees as gevolg van die feit dat die verhouding sout te klein is in vergelyking met die totale massa van die substraat vir opsporing deur TGA.
Die resultate van oppervlakbehandeling van die kopersulfaatbedekking deur die anodiseringsmetode word in fig.5. In hierdie geval het die verwagte inkorporering van CuSO4 in die Al-oksiedstruktuur nie plaasgevind nie.In plaas daarvan word los naalde waargeneem aangesien dit algemeen gebruik word vir koperhidroksied Cu(OH)2 wat saam met tipiese turkoois kleurstowwe gebruik word.
Die geanodiseerde oppervlakbehandeling is ook in kombinasie met strontiumchloried getoets.Die resultate het ongelyke dekking getoon (sien Figuur 6a).Om te bepaal of die sout die hele oppervlak bedek, is 'n EDX-analise uitgevoer.Die kromme vir 'n punt in die grys area (punt 1 in Fig. 6b) toon min strontium en baie aluminium.Dit dui op 'n lae inhoud van strontium in die gemete sone, wat op sy beurt 'n lae bedekking van strontiumchloried aandui.Omgekeerd het wit areas 'n hoë inhoud van strontium en 'n lae inhoud van aluminium (punte 2-6 in Fig. 6b).EDX-analise van die wit area toon donkerder kolletjies (punte 2 en 4 in Fig. 6b), laag in chloor en hoog in swael.Dit kan die vorming van strontiumsulfaat aandui.Helderder kolletjies weerspieël hoë chloorinhoud en lae swaelinhoud (punte 3, 5 en 6 in Fig. 6b).Dit kan verklaar word deur die feit dat die grootste deel van die wit laag uit die verwagte strontiumchloried bestaan.Die TGA van die monster het die interpretasie van die analise bevestig met 'n piek by die kenmerkende temperatuur van suiwer strontiumchloried (Fig. 6c).Hul klein waarde kan geregverdig word deur 'n klein fraksie sout in vergelyking met die massa van die metaalsteun.Die desorpsiemassa wat in die eksperimente bepaal is, stem ooreen met die hoeveelheid van 7,3 g/m2 wat per oppervlakte-eenheid van die adsorbeerder by 'n temperatuur van 150°C afgegee word.
Eloxal-behandelde sinksulfaatbedekkings is ook getoets.Makroskopies is die deklaag 'n baie dun en eenvormige laag (Fig. 7a).SEM het egter 'n oppervlakte geopenbaar wat bedek is met klein kristalle geskei deur leë areas (Fig. 7b).Die TGA van die laag en substraat is vergelyk met dié van suiwer sout (Figuur 7c).Suiwer sout het een asimmetriese piek by 59,1°C.Die bedekte aluminium het twee klein pieke by 55.5°C en 61.3°C getoon, wat die teenwoordigheid van sinksulfaathidraat aandui.Die massaverskil wat in die eksperiment aan die lig gebring is, stem ooreen met 10.9 g/m2 by 'n dehidrasietemperatuur van 150°C.
Soos in die vorige aansoek53, is hidroksieletielsellulose as bindmiddel gebruik om die adhesie en stabiliteit van die sorberende laag te verbeter.Materiaalversoenbaarheid en effek op adsorpsieprestasie is deur TGA beoordeel.Die ontleding word uitgevoer in verhouding tot die totale massa, dws die monster sluit 'n metaalplaat in wat as 'n deklaagsubstraat gebruik word.Adhesie word getoets deur 'n toets gebaseer op die kruiskerftoets gedefinieer in die ISO2409-spesifikasie (kan nie aan die kerfskeidingsspesifikasie voldoen nie, afhangende van die spesifikasiedikte en breedte).
Bedekking van die panele met kalsiumchloried (CaCl2) (sien Fig. 8a) het gelei tot oneweredige verspreiding, wat nie waargeneem is in die suiwer aluminiumbedekking wat vir die dwarskerftoets gebruik is nie.In vergelyking met die resultate vir suiwer CaCl2, toon TGA (Fig. 8b) twee kenmerkende pieke wat na laer temperature van onderskeidelik 40 en 20°C verskuif is.Die deursnittoets laat nie 'n objektiewe vergelyking toe nie, want die suiwer CaCl2-monster (monster aan die regterkant in Fig. 8c) is 'n poeieragtige neerslag, wat die boonste deeltjies verwyder.Die HEC-resultate het 'n baie dun en eenvormige laag met bevredigende adhesie getoon.Die massaverskil wat in fig.8b stem ooreen met 51,3 g/m2 per oppervlakte-eenheid van die adsorbeerder by 'n temperatuur van 150°C.
Positiewe resultate in terme van adhesie en eenvormigheid is ook verkry met magnesiumsulfaat (MgSO4) (sien Fig. 9).Ontleding van die desorpsieproses van die deklaag het die teenwoordigheid van een piek van ongeveer.60°C.Hierdie temperatuur stem ooreen met die hoof desorpsiestap gesien in die dehidrasie van suiwer soute, wat nog 'n stap by 44°C verteenwoordig.Dit stem ooreen met die oorgang van heksahidraat na pentahidraat en word nie waargeneem in die geval van bedekkings met bindmiddels nie.Dwarssnittoetse toon verbeterde verspreiding en adhesie in vergelyking met bedekkings wat met suiwer sout gemaak is.Die massaverskil wat in TGA-DTC waargeneem word, stem ooreen met 18,4 g/m2 per oppervlakte-eenheid van die adsorbeerder by 'n temperatuur van 150°C.
As gevolg van oppervlak-onreëlmatighede het strontiumchloried (SrCl2) 'n ongelyke laag op die vinne (Fig. 10a).Die resultate van die dwarskerftoets het egter eenvormige verspreiding met aansienlik verbeterde adhesie getoon (Fig. 10c).TGA-analise het 'n baie klein verskil in gewig getoon, wat te wyte moet wees aan die laer soutinhoud in vergelyking met die metaalsubstraat.Die stappe op die kurwe toon egter die teenwoordigheid van 'n dehidrasieproses, alhoewel die piek geassosieer word met die temperatuur wat verkry word wanneer suiwer sout gekarakteriseer word.Die pieke by 110°C en 70.2°C waargeneem in Fig.10b is ook gevind by die ontleding van suiwer sout.Die hoofdehidrasiestap wat in suiwer sout by 50°C waargeneem is, is egter nie in die kurwes gereflekteer wat die bindmiddel gebruik nie.Daarteenoor het die bindmiddelmengsel twee pieke by 20.2°C en 94.1°C getoon, wat nie vir die suiwer sout gemeet is nie (Fig. 10b).By 'n temperatuur van 150 °C stem die waargenome massaverskil ooreen met 7,2 g/m2 per oppervlakte-eenheid van die adsorbeerder.
Die kombinasie van HEC en sinksulfaat (ZnSO4) het nie aanvaarbare resultate gelewer nie (Figuur 11).TGA-ontleding van die bedekte metaal het geen dehidrasieprosesse aan die lig gebring nie.Alhoewel die verspreiding en adhesie van die deklaag verbeter het, is die eienskappe daarvan nog ver van optimaal.
Die eenvoudigste manier om metaalvesels met 'n dun en eenvormige laag te bedek, is nat bevrugting (Fig. 12a), wat die voorbereiding van die teikensout en bevrugting van metaalvesels met 'n waterige oplossing insluit.
Wanneer voorberei word vir nat bevrugting, word twee hoofprobleme ondervind.Aan die een kant verhoed die oppervlakspanning van die soutoplossing die korrekte inkorporering van die vloeistof in die poreuse struktuur.Kristallisasie op die buitenste oppervlak (Fig. 12d) en lugborrels wat binne die struktuur vasgevang is (Fig. 12c) kan slegs verminder word deur die oppervlakspanning te verlaag en die monster vooraf met gedistilleerde water te benat.Geforseerde ontbinding in die monster deur die lug binne te ontruim of deur 'n oplossingvloei in die struktuur te skep, is ander effektiewe maniere om die volledige vulling van die struktuur te verseker.
Die tweede probleem wat tydens voorbereiding ondervind is, was die verwydering van die film van 'n deel van die sout (sien Fig. 12b).Hierdie verskynsel word gekenmerk deur die vorming van 'n droë laag op die oplossingsoppervlak, wat die konvektief gestimuleerde droging stop en die diffusie gestimuleerde proses begin.Die tweede meganisme is baie stadiger as die eerste.As gevolg hiervan word 'n hoë temperatuur benodig vir 'n redelike droogtyd, wat die risiko verhoog dat borrels binne die monster vorm.Hierdie probleem word opgelos deur 'n alternatiewe metode van kristallisasie bekend te stel wat nie op konsentrasieverandering (verdamping) gebaseer is nie, maar op temperatuurverandering (soos in die voorbeeld met MgSO4 in Fig. 13).
Skematiese voorstelling van die kristallisasieproses tydens afkoeling en skeiding van vaste en vloeibare fases met behulp van MgSO4.
Versadigde soutoplossings kan by of bo kamertemperatuur (HT) met hierdie metode voorberei word.In die eerste geval is kristallisasie geforseer deur die temperatuur onder kamertemperatuur te verlaag.In die tweede geval het kristallisasie plaasgevind toe die monster tot kamertemperatuur (RT) afgekoel is.Die resultaat is 'n mengsel van kristalle (B) en opgeloste (A), waarvan die vloeibare deel deur saamgeperste lug verwyder word.Hierdie benadering vermy nie net die vorming van 'n film op hierdie hidrate nie, maar verminder ook die tyd wat benodig word vir die voorbereiding van ander komposiete.Die verwydering van vloeistof deur saamgeperste lug lei egter tot bykomende kristallisasie van die sout, wat 'n dikker laag tot gevolg het.
Nog 'n metode wat gebruik kan word om metaaloppervlaktes te bedek, behels die direkte produksie van teikensoute deur chemiese reaksies.Bedekte hitteruilers wat gemaak word deur die reaksie van sure op die metaaloppervlaktes van vinne en buise het 'n aantal voordele, soos in ons vorige studie gerapporteer.Die toepassing van hierdie metode op vesels het tot baie swak resultate gelei as gevolg van die vorming van gasse tydens die reaksie.Die druk van die waterstofgasborrels bou binne die sonde op en skuif namate die produk uitgestoot word (Fig. 14a).
Die deklaag is deur 'n chemiese reaksie aangepas om die dikte en verspreiding van die laag beter te beheer.Hierdie metode behels dat 'n suurmisstroom deur die monster gestuur word (Figuur 14b).Dit sal na verwagting lei tot 'n eenvormige deklaag deur reaksie met die substraatmetaal.Die resultate was bevredigend, maar die proses was te stadig om as 'n effektiewe metode beskou te word (Fig. 14c).Korter reaksietye kan bereik word deur gelokaliseerde verhitting.
Om die nadele van bogenoemde metodes te oorkom, is 'n deklaagmetode wat gebaseer is op die gebruik van kleefmiddels bestudeer.HEC is gekies op grond van die resultate wat in die vorige afdeling aangebied is.Alle monsters is voorberei teen 3% gew.Die bindmiddel word met sout gemeng.Die vesels is voorbehandel volgens dieselfde prosedure as vir die ribbes, dws geweek in 50% vol.binne 15 minute.swaelsuur, dan vir 20 sekondes in natriumhidroksied geweek, in gedistilleerde water gewas en laastens vir 30 minute in gedistilleerde water geweek.In hierdie geval is 'n bykomende stap bygevoeg voor bevrugting.Dompel die monster kortliks in 'n verdunde teikensoutoplossing en droog teen ongeveer 60°C.Die proses is ontwerp om die oppervlak van die metaal te verander, en skep kernvormingsplekke wat die verspreiding van die laag in die finale stadium verbeter.Die veselagtige struktuur het een kant waar die filamente dunner en styf gepak is, en die teenoorgestelde kant waar die filamente dikker en minder versprei is.Dit is die resultaat van 52 vervaardigingsprosesse.
Die resultate vir kalsiumchloried (CaCl2) word opgesom en geïllustreer met prente in Tabel 1. Goeie bedekking na inenting.Selfs daardie stringe met geen sigbare kristalle op die oppervlak het verminderde metaalweerkaatsings gehad, wat 'n verandering in afwerking aandui.Nadat die monsters egter met 'n waterige mengsel van CaCl2 en HEC geïmpregneer is en by 'n temperatuur van ongeveer 60°C gedroog is, is die bedekkings by die kruisings van die strukture gekonsentreer.Dit is 'n effek wat veroorsaak word deur die oppervlakspanning van die oplossing.Nadat dit geweek is, bly die vloeistof binne die monster as gevolg van sy oppervlakspanning.Basies vind dit plaas by die kruising van strukture.Die beste kant van die monster het verskeie gate gevul met sout.Die gewig het met 0,06 g/cm3 toegeneem na coating.
Bedekking met magnesiumsulfaat (MgSO4) het meer sout per volume-eenheid geproduseer (Tabel 2).In hierdie geval is die gemete toename 0,09 g/cm3.Die saaiproses het uitgebreide monsterbedekking tot gevolg gehad.Na die deklaagproses blokkeer die sout groot dele van die dun kant van die monster.Daarbenewens is sommige areas van die mat geblokkeer, maar 'n mate van porositeit word behou.In hierdie geval word soutvorming maklik waargeneem by die kruising van die strukture, wat bevestig dat die deklaagproses hoofsaaklik te wyte is aan die oppervlakspanning van die vloeistof, en nie die interaksie tussen die sout en die metaalsubstraat nie.
Die resultate vir die kombinasie van strontiumchloried (SrCl2) en HEC het soortgelyke eienskappe as die vorige voorbeelde getoon (Tabel 3).In hierdie geval is die dunner kant van die monster amper heeltemal bedek.Slegs individuele porieë is sigbaar, wat tydens droging gevorm word as gevolg van die vrystelling van stoom uit die monster.Die patroon wat op die mat kant waargeneem word, is baie soortgelyk aan die vorige geval, die area is geblokkeer met sout en die vesels is nie heeltemal bedek nie.
Ten einde die positiewe effek van die veselstruktuur op die termiese werkverrigting van die hitteruiler te evalueer, is die effektiewe termiese geleidingsvermoë van die bedekte veselstruktuur bepaal en vergelyk met die suiwer bedekkingsmateriaal.Termiese geleidingsvermoë is gemeet volgens ASTM D 5470-2017 deur gebruik te maak van die plat paneel toestel wat in Figuur 15a getoon word deur gebruik te maak van 'n verwysingsmateriaal met bekende termiese geleidingsvermoë.In vergelyking met ander verbygaande metingsmetodes, is hierdie beginsel voordelig vir poreuse materiale wat in die huidige studie gebruik word, aangesien die metings in 'n bestendige toestand en met 'n voldoende monstergrootte (basisoppervlakte 30 × 30 mm2, hoogte ongeveer 15 mm) uitgevoer word.Monsters van die suiwer deklaagmateriaal (verwysing) en die bedekte veselstruktuur is voorberei vir metings in die rigting van die vesel en loodreg op die rigting van die vesel om die effek van anisotropiese termiese geleidingsvermoë te evalueer.Die monsters is op die oppervlak gemaal (P320-grint) om die effek van oppervlakruwheid as gevolg van monstervoorbereiding, wat nie die struktuur binne die monster weerspieël nie, te minimaliseer.