Dankie dat u Nature.com besoek het. Die blaaierweergawe wat u gebruik, het beperkte CSS-ondersteuning. Vir die beste ervaring beveel ons aan dat u 'n opgedateerde blaaier gebruik (of Verenigbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer). Intussen, om voortgesette 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 kommersiële adsorpsie-verkoelingstelsels is gebaseer op adsorbeerders gebaseer op plaathitte-uitruilers 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 oppervlakarea-tot-volume-verhouding van die geleidende strukture verhoog die drywing sonder om doeltreffendheid in die gedrang te bring. Die metaalvesels wat in hierdie werk gebruik word, kan 'n spesifieke oppervlakarea 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 produksie van bedekkings demonstreer vir die eerste keer 'n hoë-drywingsdigtheid-hitte-uitruiler. Die oppervlakbehandeling gebaseer op aluminiumanodisering word gekies om 'n sterker binding tussen die deklaag en die substraat te skep. Die mikrostruktuur van die resulterende oppervlak is geanaliseer met behulp van skandeerelektronmikroskopie. Fourier-transform infrarooispektroskopie met verminderde totale refleksie en energiedispersiewe X-straalspektroskopie is gebruik om die teenwoordigheid van die verlangde spesie in die toets te kontroleer. Hul vermoë om hidrate te vorm, is bevestig deur gekombineerde termogravimetriese analise (TGA)/differensiële termogravimetriese analise (DTG). Swak gehalte van meer as 0.07 g (water)/g (komposiet) is in die MgSO4-deklaag gevind, wat tekens van dehidrasie toon by ongeveer 60 °C en herhaalbaar is na rehidrasie. Positiewe resultate is ook verkry met SrCl2 en ZnSO4 met 'n massaverskil van ongeveer 0.02 g/g onder 100 °C. Hidroksietielsellulose is as 'n toevoeging gekies om die stabiliteit en adhesie van die deklaag te verhoog. Die adsorptiewe eienskappe van die produkte is geëvalueer deur gelyktydige TGA-DTG en hul adhesie is gekarakteriseer deur 'n metode gebaseer op die toetse wat in ISO2409 beskryf word. Die konsekwentheid en adhesie van die CaCl2-laag word aansienlik verbeter terwyl die adsorpsiekapasiteit behoue ​​bly 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 by temperature onder 100 °C toon. 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 laag van die bestudeerde bedekkings is visueel ondersoek, en die interne struktuur is geëvalueer met behulp van 'n mikroskopiese beeld van die dwarssnitte. 'n Laag 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 hulle 'n omgewingsvriendelike alternatief vir tradisionele kompressiehittepompe of verkoelingstelsels bied. Met stygende gemakstandaarde en globale gemiddelde temperature, kan adsorpsiestelsels die afhanklikheid van fossielbrandstowwe in die nabye toekoms verminder. Boonop kan enige verbeterings in adsorpsieverkoeling of hittepompe oorgedra word na termiese energieberging, wat 'n bykomende toename in die potensiaal vir doeltreffende gebruik van primêre energie verteenwoordig. Die hoofvoordeel van adsorpsiehittepompe en verkoelingstelsels is dat hulle met 'n 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.
Adsorpsie-hittepompe en verkoelingstelsels volg dieselfde termodinamiese siklus as hul dampkompressie-eweknieë. Die hoofverskil is die vervanging van kompressorkomponente met adsorbeerders. Die element is in staat om laedruk-koelmiddeldamp by matige temperature te adsorbeer, wat meer koelmiddel verdamp, 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, gehandhaaf 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 het uitgebreide grafietpoeier met kalsiumchloried geïmpregneer om 'n adsorbeerder met 'n spesifieke verkoelingskapasiteit (SCP) van tot 306 W/kg en 'n koëffisiënt van werkverrigting (COP) van tot 0.46 te produseer. Zajaczkowski et al. 3 het 'n kombinasie van uitgebreide grafiet, koolstofvesel en kalsiumchloried met 'n totale geleidingsvermoë van 15 W/mK voorgestel. Jian et al4 het komposiete met swaelsuurbehandelde uitgebreide natuurlike grafiet (ENG-TSA) as substraat in 'n tweestadium-adsorpsie-verkoelingsiklus getoets. Die model het 'n COP van 0.215 tot 0.285 en 'n SCP van 161.4 tot 260.74 W/kg voorspel.
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 suksesvolste metode is direkte sintese, wat die vorming van adsorberende materiale direk op die oppervlak van hitteruilers vanaf die toepaslike reagense behels. Sotech5 het 'n metode gepatenteer vir die sintetisering van bedekte seoliet vir gebruik in 'n reeks verkoelers vervaardig deur Fahrenheit GmbH. Schnabel et al6 het die werkverrigting van twee seoliete wat op vlekvrye staal bedek is, getoets. Hierdie metode werk egter slegs met spesifieke adsorbente, wat bedekking met kleefmiddels 'n interessante alternatief maak. Bindmiddels is passiewe stowwe wat gekies word om sorbentadhesie en/of massa-oordrag te ondersteun, maar speel geen rol in adsorpsie of geleidingsverbetering nie. Freni et al. 7 het bedekte aluminium hitteruilers met AQSOA-Z02 seoliet gestabiliseer met 'n klei-gebaseerde bindmiddel. Calabrese et al.8 het die voorbereiding van seolietbedekkings met polimeerbindmiddels bestudeer. Ammann et al.9 het 'n metode voorgestel vir die voorbereiding van poreuse seolietbedekkings uit magnetiese mengsels van polivinielalkohol. Alumina (alumina) word ook as bindmiddel 10 in die adsorbeerder gebruik. Na ons wete word sellulose en hidroksietiel-sellulose slegs in kombinasie met fisiese adsorbente11,12 gebruik. Soms word die gom nie vir die verf gebruik nie, maar word dit gebruik om die struktuur 13 op sy eie te bou. Die kombinasie van alginaat-polimeermatrikse met veelvuldige southidrate vorm buigsame saamgestelde kraalstrukture wat lekkasie tydens droging voorkom en voldoende massa-oordrag bied. Klei soos bentoniet en attapulgiet is as bindmiddels gebruik vir die voorbereiding van komposiete15,16,17. Etielsellulose is gebruik om kalsiumchloried18 of natriumsulfied19 te mikro-enkapsuleer.
Komposiete met 'n poreuse metaalstruktuur kan verdeel word in additiewe hitteruilers en bedekte hitteruilers. Die voordeel van hierdie strukture is die hoë spesifieke oppervlakarea. 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 zeolietadsorber met 'n aluminiumheuningkoekstruktuur verbeter. Gillerminot et al. 21 het die termiese geleidingsvermoë van NaX-zeolietlae met koper- en nikkelskuim verbeter. Alhoewel komposiete as faseveranderingsmateriale (PCM's) gebruik word, is die bevindinge van Li et al. 22 en Zhao et al. 23 ook van belang vir chemisorpsie. Hulle het die werkverrigting van uitgebreide grafiet en metaalskuim vergelyk en tot die gevolgtrekking gekom dat laasgenoemde slegs verkieslik was as korrosie nie 'n probleem was nie. Palomba et al. het onlangs ander metaalporeuse strukture vergelyk 24. Van der Pal et al. het metaalsoute wat in skuim ingebed is 25 bestudeer. Alle vorige voorbeelde stem ooreen met digte lae van partikelvormige adsorbente. Metaalporeuse strukture word prakties 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 nie, ten spyte van hul hoër energiedigtheid 27.
Dus, drie metodes vir die voorbereiding van adsorbentbedekkings sal in hierdie artikel ondersoek word: (1) bindmiddelbedekking, (2) direkte reaksie, en (3) oppervlakbehandeling. Hidroksietielsellulose was die gekose bindmiddel in hierdie werk as gevolg van voorheen gerapporteerde stabiliteit en goeie bedekkingshegting in kombinasie met fisiese adsorbente. Hierdie metode is aanvanklik ondersoek vir plat bedekkings en later toegepas op metaalveselstrukture. Voorheen is 'n voorlopige analise van die moontlikheid van chemiese reaksies met die vorming van adsorbentbedekkings gerapporteer. Vorige ervaring word nou oorgedra na die bedekking van metaalveselstrukture. Die oppervlakbehandeling wat vir hierdie werk gekies is, is 'n metode gebaseer op aluminiumanodisering. Aluminiumanodisering 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 artikel bied 'n variant van hierdie benadering aan wat toelaat dat massa beweeg word deur die kleefmiddeleienskappe van die oorspronklike proses te gebruik. Na ons beste wete is geeneen 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 inhou bo die gereeld bestudeerde fisiese adsorbente.
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 gekies word vir die vervaardiging van komposiete word gekies in ooreenstemming met hul termodinamiese eienskappe, naamlik afhangende van die hoeveelheid water wat hulle kan adsorbeer/desorbeer by temperature onder 120°C.
Magnesiumsulfaat (MgSO4) is een van die interessantste en bestudeerde gehidreerde soute30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Die termodinamiese eienskappe is sistematies gemeet en geskik gevind vir toepassings op die gebied van adsorpsieverkoeling, 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 die hidraat daarvan interessante termodinamiese eienskappe het41,42,43,44. Kalsiumchloriedheksahidraat CAS-Nr. 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.
Stronsiumchloried (SrCl2) (H318) het ook interessante termodinamiese eienskappe4,45,47, alhoewel dit dikwels met ammoniak gekombineer word in adsorpsiehittepomp- of energiebergingsnavorsing. Stronsiumchloriedheksahidraat 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 onder 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 op die gebied van termiese energieberging gekry het50,51. Magnesiumchloriedheksahidraat CAS-Nr.7791-18-6 suiwer farmaseutiese graad (Applichem GmbH., Darmstadt, Duitsland) is vir die eksperimente gebruik.
Soos hierbo genoem, is hidroksietiel sellulose gekies as gevolg van die positiewe resultate in soortgelyke toepassings. Die materiaal wat in ons sintese gebruik word, is hidroksietiel sellulose CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, VSA).
Metaalvesels word gemaak van kort drade wat deur kompressie en sintering aan mekaar gebind word, 'n proses wat bekend staan ​​as smeltkroes-ekstraksie (CME)52. Dit beteken dat hul termiese geleidingsvermoë nie net afhang van die massa-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 is geneig 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 middel van gelyktydige termogravimetriese analise (TGA)/differensiële termogravimetriese analise (DTG) in 'n vakuumverpakking (Netzsch TG 209 F1 Libra). Die metings is uitgevoer in 'n vloeiende stikstofatmosfeer teen 'n vloeitempo van 10 ml/min en 'n temperatuurreeks van 25 tot 150°C in aluminiumoksiedkroesies. 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 eenheidsoppervlak 'n groot onsekerheid het. Die monsters wat in TGA-DTG gebruik word, is baie klein en onreëlmatig gesny, wat hul oppervlaktebepaling onakkuraat maak. Hierdie waardes kan slegs na 'n groter area 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 met behulp van 'n spektrale resolusie van 2 cm-1 en 'n gemiddelde aantal skanderings van 32. Golfgetalbereik van 8000 tot 500 cm-1. Spektrale analise is uitgevoer met behulp van die OPUS-program.
SEM-analise is uitgevoer met behulp van 'n DSM 982 Gemini van Zeiss teen versnellende spannings van 2 en 5 kV. Energiedispersiewe X-straalspektroskopie (EDX) is uitgevoer met behulp van 'n Thermo Fischer System 7 met 'n Peltier-verkoelde silikon-drywingsdetektor (SSD).
Die voorbereiding van metaalplate is uitgevoer volgens 'n prosedure soortgelyk aan dié wat in 53 beskryf word. Dompel eers die plaat in 50% swaelsuur vir 15 minute. Daarna is hulle vir ongeveer 10 sekondes in 'n 1 M natriumhidroksiedoplossing geplaas. Daarna is die monsters met 'n groot hoeveelheid gedistilleerde water gewas en dan vir 30 minute in gedistilleerde water geweek. Na die voorlopige oppervlakbehandeling is die monsters in 'n 3% versadigde oplossing van HEC en teikensout gedompel. Laastens, haal hulle uit en droog hulle by 60°C.
Die anodiseringsmetode verbeter en versterk die natuurlike oksiedlaag op die passiewe metaal. Die aluminiumpanele is met swaelsuur in 'n verharde toestand geanodiseer en toe in warm water verseël. Anodisering het gevolg op 'n aanvanklike etsing met 1 mol/l NaOH (600 s) gevolg deur neutralisering 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 komposiete is ondersoek: kleeflaag, direkte reaksie en oppervlakbehandeling. Die voor- en nadele van elke opleidingsmetode word sistematies geanaliseer en bespreek. Direkte waarneming, nanobeelding en chemiese/elementanalise 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 stadiums: die eerste stadium skep 'n poreuse struktuur van aluminiumoksied, en die tweede stadium skep 'n laag aluminiumhidroksied wat die porieë sluit. 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 word om die adsorbentkristalle vas te hou en die adhesie daarvan aan metaaloppervlakke te verhoog. Die gevolglike 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 gesluit met 'n dun lagie Al2O(OH)2-boehmiet wat deur die aluminabuiskookproses ondersteun word. In die tweede metode word hierdie verseëlingsproses so gewysig dat die soutkristalle vasgevang word in 'n eenvormige bedekkende laag boehmiet (Al2O(OH)), wat in hierdie geval nie vir verseëling gebruik word nie. Die tweede fase word uitgevoer in 'n versadigde oplossing van die ooreenstemmende sout. Die beskrewe patrone het groottes in die reeks van 50-100 nm en lyk soos gespatte druppels (Fig. 1b). Die oppervlak wat verkry word as gevolg van die verseëlingsproses het 'n uitgesproke ruimtelike struktuur met 'n verhoogde kontakarea. Hierdie oppervlakpatroon, tesame met hul vele bindingskonfigurasies, is ideaal vir die dra en vashou van soutkristalle. Beide strukture wat beskryf word, blyk werklik poreus te wees en het klein holtes wat goed geskik lyk vir die behoud van southidrate en die adsorbering van dampe aan die sout tydens die werking van die adsorbeerder. Elementêre analise 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 boehmietbedekte MgSO4 aluminiumplaat, (b) ATR-FTIR spektra van boehmiet- en MgSO4-bedekkings, (c) ATR-FTIR spektra van suiwer MgSO4.
Die handhawing van adsorpsie-effektiwiteit is deur TGA bevestig. 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-desorpsiesiklus is geëvalueer, en dieselfde kurwe is waargeneem nadat die monsters in 'n vogtige atmosfeer geplaas is (Fig. 3c). Die verskille wat in die tweede stadium van desorpsie waargeneem is, 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 rehidrasie (c).
Dieselfde metode is uitgevoer met kalsiumchloried as adsorbent. Die resultate word in Figuur 4 aangebied. Visuele inspeksie van die oppervlak het geringe veranderinge in die metaalgloed 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 die oppervlakbehandeling van die kopersulfaatlaag deur die anodiseringsmetode word in fig. 5 getoon. In hierdie geval het die verwagte inkorporering van CuSO4 in die Al-oksiedstruktuur nie plaasgevind nie. In plaas daarvan word los naalde waargeneem, soos hulle algemeen gebruik word vir koperhidroksied Cu(OH)2 wat met tipiese turkoois kleurstowwe gebruik word.
Die geanodiseerde oppervlakbehandeling is ook in kombinasie met stronsiumchloried getoets. Die resultate het ongelyke bedekking getoon (sien Figuur 6a). Om te bepaal of die sout die hele oppervlak bedek het, is 'n EDX-analise uitgevoer. Die kurwe vir 'n punt in die grys area (punt 1 in Fig. 6b) toon min stronsium en baie aluminium. Dit dui op 'n lae stronsiuminhoud in die gemete sone, wat weer op 'n lae bedekking van stronsiumchloried dui. Omgekeerd het wit areas 'n hoë stronsiuminhoud en 'n lae aluminiuminhoud (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 dui op die vorming van stronsiumsulfaat. 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 hoofdeel van die wit laag uit die verwagte stronsiumchloried bestaan. Die TGA van die monster het die interpretasie van die analise bevestig met 'n piek by die kenmerkende temperatuur van suiwer stronsiumchloried (Fig. 6c). Hul klein waarde kan geregverdig word deur 'n klein fraksie sout in vergelyking met die massa van die metaaldraer. Die desorpsiemassa wat in die eksperimente bepaal is, stem ooreen met die hoeveelheid van 7.3 g/m2 wat per eenheidsoppervlakte van die adsorbeerder by 'n temperatuur van 150°C afgegee word.
Eloxaal-behandelde sinksulfaatbedekkings is ook getoets. Makroskopies is die bedekking 'n baie dun en eenvormige laag (Fig. 7a). SEM het egter 'n oppervlakarea getoon wat bedek is met klein kristalle geskei deur leë areas (Fig. 7b). Die TGA van die bedekking 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 getoon is, stem ooreen met 10.9 g/m2 by 'n dehidrasietemperatuur van 150°C.
Soos in die vorige aansoek53, is hidroksietiel-sellulose as 'n bindmiddel gebruik om die adhesie en stabiliteit van die sorbentlaag te verbeter. Materiaalversoenbaarheid en effek op adsorpsieprestasie is deur TGA beoordeel. Die analise word uitgevoer in verhouding tot die totale massa, d.w.s. die monster sluit 'n metaalplaat in wat as 'n bedekkingssubstraat gebruik word. Adhesie word getoets deur 'n toets gebaseer op die kruiskerftoets wat in die ISO2409-spesifikasie gedefinieer word (kan nie aan die kerfskeidingspesifikasie voldoen nie, afhangende van die spesifikasie se dikte en breedte).
Die bedekking van die panele met kalsiumchloried (CaCl2) (sien Fig. 8a) het gelei tot 'n ongelyke verspreiding, wat nie waargeneem is in die suiwer aluminiumlaag wat vir die dwarskerftoets gebruik is nie. In vergelyking met die resultate vir suiwer CaCl2, toon TGA (Fig. 8b) twee kenmerkende pieke wat verskuif is na laer temperature van onderskeidelik 40 en 20°C. Die dwarssnittoets laat nie 'n objektiewe vergelyking toe nie, omdat die suiwer CaCl2-monster (monster regs in Fig. 8c) 'n poeieragtige neerslag is, 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 getoon word, stem ooreen met 51.3 g/m2 per eenheidsoppervlakte 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). Analise van die desorpsieproses van die deklaag het die teenwoordigheid van een piek van ongeveer 60°C getoon. Hierdie temperatuur stem ooreen met die hoofdesorpsiestap wat gesien word in die dehidrasie van suiwer soute, wat 'n ander 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 is, stem ooreen met 18.4 g/m2 per eenheidsoppervlakte van die adsorbeerder by 'n temperatuur van 150°C.
As gevolg van oppervlakonreëlmatighede het strontiumchloried (SrCl2) 'n ongelyke laag op die vinne (Fig. 10a). Die resultate van die dwarskerftoets het egter 'n 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, hoewel die piek geassosieer word met die temperatuur wat verkry word wanneer suiwer sout gekarakteriseer word. Die pieke by 110°C en 70.2°C wat in Fig. 10b waargeneem is, is ook gevind tydens die analise van suiwer sout. Die hoofdehidrasiestap wat in suiwer sout by 50°C waargeneem is, is egter nie in die kurwes met behulp van die bindmiddel weerspieël nie. In teenstelling hiermee 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 eenheidsoppervlakte van die adsorbeerder.
Die kombinasie van HEC en sinksulfaat (ZnSO4) het nie aanvaarbare resultate gelewer nie (Figuur 11). TGA-analise van die bedekte metaal het geen dehidrasieprosesse getoon nie. Alhoewel die verspreiding en adhesie van die bedekking verbeter het, is die eienskappe daarvan steeds ver van optimaal.
Die eenvoudigste manier om metaalvesels met 'n dun en eenvormige laag te bedek, is nat impregnering (Fig. 12a), wat die voorbereiding van die teikensout en impregnering van metaalvesels met 'n waterige oplossing insluit.
Wanneer daar vir nat impregnering voorberei word, 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. Gedwonge oplossing in die monster deur die lug binne te evakueer of deur 'n oplossingsvloei in die struktuur te skep, is ander effektiewe maniere om 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. Gevolglik is 'n hoë temperatuur nodig vir 'n redelike droogtyd, wat die risiko van borrels binne die monster verhoog. Hierdie probleem word opgelos deur 'n alternatiewe metode van kristallisasie in te voer wat nie gebaseer is op konsentrasieverandering (verdamping) 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 behulp van hierdie metode voorberei word. In die eerste geval is kristallisasie afgedwing 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 stowwe (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 addisionele kristallisasie van die sout, wat 'n dikker laag tot gevolg het.
Nog 'n metode wat gebruik kan word om metaaloppervlakke te bedek, behels die direkte produksie van teikensoute deur chemiese reaksies. Bedekte hitteruilers wat gemaak word deur die reaksie van sure op die metaaloppervlakke van vinne en buise het 'n aantal voordele, soos gerapporteer in ons vorige studie. 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 verskuif soos die produk uitgewerp word (Fig. 14a).
Die deklaag is deur 'n chemiese reaksie gewysig om die dikte en verspreiding van die deklaag beter te beheer. Hierdie metode behels die deurvoer van 'n suurmisstroom deur die monster (Figuur 14b). Daar word verwag dat dit 'n eenvormige deklaag sal tot gevolg hê 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 deur gelokaliseerde verhitting bereik word.
Om die nadele van bogenoemde metodes te oorkom, is 'n bedekkingsmetode gebaseer 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% gewig. Die bindmiddel word met sout gemeng. Die vesels is voorbehandel volgens dieselfde prosedure as vir die ribbes, d.w.s. binne 15 minute in 50% vol. swaelsuur geweek, dan vir 20 sekondes in natriumhidroksied geweek, in gedistilleerde water gewas en uiteindelik vir 30 minute in gedistilleerde water geweek. In hierdie geval is 'n bykomende stap bygevoeg voor impregnering. 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 wysig, wat nukleasieplekke skep wat die verspreiding van die bedekking in die finale stadium verbeter. Die veselagtige struktuur het een kant waar die filamente dunner en dig 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 met prente in Tabel 1 geïllustreer. Goeie bedekking na inokulasie. Selfs die stringe met geen sigbare kristalle op die oppervlak het verminderde metaalrefleksies gehad, wat 'n verandering in afwerking aandui. Nadat die monsters egter met 'n waterige mengsel van CaCl2 en HEC geïmpregneer en by 'n temperatuur van ongeveer 60°C gedroog is, was die bedekkings gekonsentreer by die kruisings van die strukture. Dit is 'n effek wat veroorsaak word deur die oppervlakspanning van die oplossing. Na weekmaak bly die vloeistof binne-in die monster as gevolg van sy oppervlakspanning. Dit vind basies by die kruising van strukture plaas. Die beste kant van die monster het verskeie gate gevul met sout. Die gewig het met 0.06 g/cm3 toegeneem na bedekking.
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 gelei tot uitgebreide monsterbedekking. Na die bedekkingsproses blokkeer die sout groot areas van die dun kant van die monster. Daarbenewens word 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 bedekkingsproses 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 is as gevolg van die vrystelling van stoom uit die monster. Die patroon wat op die matkant waargeneem word, is baie soortgelyk aan die vorige geval, die area is met sout geblokkeer en die vesels is nie heeltemal bedek nie.
Om die positiewe effek van die veselagtige struktuur op die termiese werkverrigting van die hitteruiler te evalueer, is die effektiewe termiese geleidingsvermoë van die bedekte veselagtige struktuur bepaal en vergelyk met die suiwer bedekkingsmateriaal. Termiese geleidingsvermoë is gemeet volgens ASTM D 5470-2017 met behulp van die platpaneeltoestel wat in Figuur 15a getoon word met behulp van 'n verwysingsmateriaal met bekende termiese geleidingsvermoë. In vergelyking met ander oorgangsmetingsmetodes, 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 (basisarea 30 × 30 mm2, hoogte ongeveer 15 mm) uitgevoer word. Monsters van die suiwer bedekkingsmateriaal (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 geslyp (P320-korrel) om die effek van oppervlakruheid as gevolg van monstervoorbereiding te verminder, wat nie die struktuur binne die monster weerspieël nie.