Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında məhdud CSS dəstəyi var. Ən yaxşı təcrübə üçün yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyinizi (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq Rejimini deaktiv etməyinizi) tövsiyə edirik. Bu vaxt ərzində davamlı dəstəyi təmin etmək üçün saytı stillər və JavaScript olmadan render edəcəyik.
Adsorbsiya soyuducu sistemlərinin və istilik nasoslarının bazar payı ənənəvi kompressor sistemləri ilə müqayisədə hələ də nisbətən azdır. Ucuz istilikdən (bahalı elektrik işləri əvəzinə) istifadə etməyin böyük üstünlüyünə baxmayaraq, adsorbsiya prinsiplərinə əsaslanan sistemlərin tətbiqi hələ də bir neçə spesifik tətbiq sahəsi ilə məhdudlaşır. Aradan qaldırılması lazım olan əsas çatışmazlıq, aşağı istilik keçiriciliyi və adsorbentin aşağı stabilliyi səbəbindən xüsusi gücün azalmasıdır. Müasir kommersiya adsorbsiya soyuducu sistemləri soyutma qabiliyyətini optimallaşdırmaq üçün örtülmüş lövhə istilik dəyişdiricilərinə əsaslanan adsorberlərə əsaslanır. Nəticələr yaxşı məlumdur ki, örtüyün qalınlığının azaldılması kütlə ötürmə empedansının azalmasına səbəb olur və keçirici strukturların səth sahəsinin həcmə nisbətinin artırılması səmərəliliyi pozmadan gücü artırır. Bu işdə istifadə olunan metal liflər 2500–50.000 m2/m3 aralığında xüsusi səth sahəsi təmin edə bilər. Metal liflər də daxil olmaqla, metal səthlərdə örtük istehsalı üçün çox nazik, lakin sabit duz hidrat örtükləri əldə etməyin üç üsulu ilk dəfə yüksək güclü sıxlıqlı istilik dəyişdiricisini nümayiş etdirir. Alüminium anodlaşdırmaya əsaslanan səth emalı örtük və substrat arasında daha güclü bir əlaqə yaratmaq üçün seçilir. Yaranan səthin mikrostrukturu skanlama elektron mikroskopiyası istifadə edilərək təhlil edilmişdir. Təhlildə istənilən növün mövcudluğunu yoxlamaq üçün azaldılmış tam əks olunma Furye çevrilmə infraqırmızı spektroskopiyası və enerji dispersiyaedici rentgen spektroskopiyası istifadə edilmişdir. Onların hidrat əmələ gətirmə qabiliyyəti birləşdirilmiş termoqravimetrik analiz (TGA)/diferensial termoqravimetrik analiz (DTG) ilə təsdiqlənmişdir. MgSO4 örtüyündə təxminən 60 °C-də susuzlaşma əlamətləri göstərən və rehidratasiyadan sonra təkrarlana bilən 0,07 q-dan (su)/q-dan (kompozit) çox keyfiyyətsiz maddə aşkar edilmişdir. 100 °C-dən aşağıda təxminən 0,02 q/q kütlə fərqi ilə SrCl2 və ZnSO4 ilə də müsbət nəticələr əldə edilmişdir. Hidroksietilsellüloza örtüyün sabitliyini və yapışmasını artırmaq üçün əlavə kimi seçilmişdir. Məhsulların adsorbsiya xüsusiyyətləri eyni vaxtda TGA-DTG ilə qiymətləndirilmiş və onların yapışması ISO2409-da təsvir edilən sınaqlara əsaslanan bir üsulla xarakterizə edilmişdir. CaCl2 örtüyünün konsistensiyası və yapışması, 100 °C-dən aşağı temperaturda təxminən 0,1 q/q çəki fərqi ilə adsorbsiya qabiliyyətini qoruyarkən əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşır. Bundan əlavə, MgSO4 hidratlar əmələ gətirmə qabiliyyətini saxlayır və 100 °C-dən aşağı temperaturda 0,04 q/q-dan çox kütlə fərqi göstərir. Nəhayət, örtüklü metal liflər araşdırılır. Nəticələr göstərir ki, Al2(SO4)3 ilə örtülmüş lif strukturunun effektiv istilik keçiriciliyi təmiz Al2(SO4)3 həcminə nisbətən 4,7 dəfə yüksək ola bilər. Tədqiq olunan örtüklərin örtüyü vizual olaraq araşdırılmış və daxili struktur kəsiklərin mikroskopik təsviri istifadə edilərək qiymətləndirilmişdir. Təxminən 50 µm qalınlığında Al2(SO4)3 örtüyü əldə edilmişdir, lakin daha vahid paylanmaya nail olmaq üçün ümumi proses optimallaşdırılmalıdır.
Adsorbsiya sistemləri son bir neçə onillikdə ənənəvi sıxılma istilik nasoslarına və ya soyuducu sistemlərə ekoloji cəhətdən təmiz alternativ təqdim etdikləri üçün çox diqqət çəkmişdir. Artan rahatlıq standartları və qlobal orta temperaturla adsorbsiya sistemləri yaxın gələcəkdə qazıntı yanacaqlarından asılılığı azalda bilər. Bundan əlavə, adsorbsiya soyuducularında və ya istilik nasoslarında edilən hər hansı bir irəliləyiş istilik enerjisinin saxlanmasına köçürülə bilər ki, bu da ilkin enerjinin səmərəli istifadəsi potensialının əlavə artımını təmsil edir. Adsorbsiya istilik nasoslarının və soyuducu sistemlərinin əsas üstünlüyü onların aşağı istilik kütləsi ilə işləyə bilməsidir. Bu, onları günəş enerjisi və ya tullantı istiliyi kimi aşağı temperatur mənbələri üçün uyğun edir. Enerji saxlama tətbiqləri baxımından adsorbsiya həssas və ya gizli istilik saxlama ilə müqayisədə daha yüksək enerji sıxlığı və daha az enerji yayılması üstünlüyünə malikdir.
Adsorbsiya istilik nasosları və soyuducu sistemləri buxar sıxılma analoqları ilə eyni termodinamik dövrü izləyir. Əsas fərq kompressor komponentlərinin adsorberlərlə əvəz olunmasıdır. Element orta temperaturda aşağı təzyiqli soyuducu buxarını adsorbsiya edə bilir və maye soyuq olduqda belə daha çox soyuducu buxarlanır. Adsorbsiya entalpiyasını (ekzoterm) istisna etmək üçün adsorberin daimi soyumasını təmin etmək lazımdır. Adsorber yüksək temperaturda regenerasiya olunur və bu da soyuducu buxarının desorbsiyasına səbəb olur. Desorbsiya entalpiyasını (endotermik) təmin etmək üçün qızdırma davam etməlidir. Adsorbsiya prosesləri temperatur dəyişiklikləri ilə xarakterizə olunduğundan, yüksək güc sıxlığı yüksək istilik keçiriciliyi tələb edir. Lakin, aşağı istilik keçiriciliyi əksər tətbiqlərdə əsas çatışmazlıqdır.
Keçiriciliyin əsas problemi, adsorbsiya/desorbsiya buxarlarının axınını təmin edən nəqliyyat yolunu qoruyarkən onun orta dəyərini artırmaqdır. Buna nail olmaq üçün adətən iki yanaşma istifadə olunur: kompozit istilik dəyişdiriciləri və örtüklü istilik dəyişdiriciləri. Ən populyar və uğurlu kompozit materiallar karbon əsaslı əlavələrdən, yəni genişlənmiş qrafitdən, aktivləşdirilmiş karbondan və ya karbon liflərindən istifadə edənlərdir. Oliveira və başqaları 2, 306 Vt/kq-a qədər xüsusi soyutma tutumu (SCP) və 0,46-ya qədər performans əmsalı (COP) olan adsorber istehsal etmək üçün genişlənmiş qrafit tozunu kalsium xloridlə hopdurmuşdur. Zajaczkowski və başqaları 3, ümumi keçiriciliyi 15 Vt/mK olan genişlənmiş qrafit, karbon lifi və kalsium xlorid kombinasiyasını təklif etmişdir. Jian və başqaları 4, iki mərhələli adsorbsiya soyutma dövründə substrat kimi sulfat turşusu ilə işlənmiş genişlənmiş təbii qrafit (ENG-TSA) ilə kompozitləri sınaqdan keçirmişdir. Model COP-u 0,215-dən 0,285-ə, SCP-ni isə 161,4-dən 260,74 Vt/kq-a qədər proqnozlaşdırmışdır.
Ən uyğun həll yolu örtüklü istilik dəyişdiricisidir. Bu istilik dəyişdiricilərinin örtük mexanizmləri iki kateqoriyaya bölünə bilər: birbaşa sintez və yapışdırıcılar. Ən uğurlu metod birbaşa sintezdir ki, bu da müvafiq reagentlərdən istilik dəyişdiricilərinin səthində adsorbsiya edən materialların birbaşa əmələ gəlməsini əhatə edir. Sotech5, Fahrenheit GmbH tərəfindən istehsal olunan bir sıra soyuducularda istifadə üçün örtüklü seolit ​​sintezi üsulunu patentləşdirib. Schnabel və digərləri paslanmayan polad üzərində örtülmüş iki seolitin performansını sınaqdan keçiriblər. Lakin bu üsul yalnız spesifik adsorbentlərlə işləyir ki, bu da yapışdırıcılarla örtüyü maraqlı alternativ edir. Bağlayıcılar sorbent yapışmasını və/və ya kütlə ötürülməsini dəstəkləmək üçün seçilmiş passiv maddələrdir, lakin adsorbsiya və ya keçiriciliyin artırılmasında heç bir rol oynamır. Freni və digərləri. Gil əsaslı bağlayıcı ilə sabitləşdirilmiş AQSOA-Z02 seoliti ilə örtülmüş 7 alüminium istilik dəyişdiricisi. Calabrese və digərləri.8 polimer bağlayıcılarla seolit ​​örtüklərinin hazırlanmasını araşdırıblar. Ammann və digərləri9 polivinil spirtinin maqnit qarışıqlarından məsaməli seolit ​​örtüklərinin hazırlanması üçün bir üsul təklif etdilər. Alüminium oksidi (alüminium oksidi) həmçinin adsorberdə 10 bağlayıcı kimi istifadə olunur. Bildiyimiz qədər, sellüloza və hidroksietil sellüloza yalnız fiziki adsorbentlərlə birlikdə istifadə olunur11,12. Bəzən yapışqan boya üçün istifadə edilmir, lakin strukturu 13 təkbaşına qurmaq üçün istifadə olunur. Alginat polimer matrislərinin çoxsaylı duz hidratları ilə birləşməsi qurutma zamanı sızmanın qarşısını alan və kifayət qədər kütlə ötürülməsini təmin edən çevik kompozit muncuq strukturları əmələ gətirir. Bentonit və attapulgit kimi gillər kompozitlərin hazırlanması üçün bağlayıcı kimi istifadə edilmişdir15,16,17. Etilsellüloza kalsium xlorid18 və ya natrium sulfid19-u mikrokapsullaşdırmaq üçün istifadə edilmişdir.
Məsaməli metal quruluşlu kompozitlər əlavə istilik dəyişdiricilərinə və örtüklü istilik dəyişdiricilərinə bölünə bilər. Bu strukturların üstünlüyü yüksək xüsusi səth sahəsidir. Bu, inert kütlə əlavə edilmədən adsorbent və metal arasında daha böyük təmas səthinə səbəb olur ki, bu da soyutma dövrünün ümumi səmərəliliyini azaldır. Lang və digərləri 20 alüminium pətək quruluşlu seolit ​​adsorberinin ümumi keçiriciliyini yaxşılaşdırmışlar. Gillerminot və digərləri 21 mis və nikel köpüyü ilə NaX seolit ​​təbəqələrinin istilik keçiriciliyini yaxşılaşdırmışlar. Kompozitlər faza dəyişmə materialları (PCM) kimi istifadə olunsa da, Li və digərləri 22 və Zhao və digərləri 23-ün tapıntıları da xemosorbsiya üçün maraqlıdır. Onlar genişlənmiş qrafit və metal köpükün performansını müqayisə etdilər və sonuncunun yalnız korroziya problem olmadığı təqdirdə üstünlük təşkil etdiyi qənaətinə gəldilər. Palomba və digərləri bu yaxınlarda digər metal məsaməli strukturları müqayisə etdilər24. Van der Pal və digərləri köpüklərə yerləşdirilmiş metal duzlarını araşdırdılar25. Əvvəlki bütün nümunələr hissəcik adsorbentlərinin sıx təbəqələrinə uyğundur. Metal məsaməli konstruksiyalar adsorberləri örtmək üçün praktik olaraq istifadə edilmir ki, bu da daha optimal həlldir. Seolitlərə bağlanma nümunəsinə Wittstadt və digərləri 26-da rast gəlmək olar, lakin duz hidratlarının daha yüksək enerji sıxlığına baxmayaraq, onları bağlamaq üçün heç bir cəhd göstərilməyib 27.
Beləliklə, bu məqalədə adsorbent örtüklərin hazırlanması üçün üç üsul araşdırılacaq: (1) bağlayıcı örtük, (2) birbaşa reaksiya və (3) səthi emal. Hidroksietilsellüloza, əvvəllər bildirilən sabitlik və fiziki adsorbentlərlə birlikdə örtükün yaxşı yapışmasına görə bu işdə seçilən bağlayıcı idi. Bu üsul əvvəlcə düz örtüklər üçün araşdırılmış və daha sonra metal lifli strukturlara tətbiq edilmişdir. Əvvəllər adsorbent örtüklərin əmələ gəlməsi ilə kimyəvi reaksiyaların mümkünlüyünün ilkin təhlili bildirilmişdir. Əvvəlki təcrübə indi metal lifli strukturların örtülməsinə köçürülür. Bu iş üçün seçilmiş səthi emal alüminium anodlaşdırmaya əsaslanan bir üsuldur. Alüminium anodlaşdırma estetik məqsədlər üçün metal duzları ilə uğurla birləşdirilmişdir29. Bu hallarda çox sabit və korroziyaya davamlı örtüklər əldə edilə bilər. Lakin, onlar heç bir adsorbsiya və ya desorbsiya prosesi həyata keçirə bilməzlər. Bu məqalədə orijinal prosesin yapışqan xüsusiyyətlərindən istifadə edərək kütlənin hərəkət etməsinə imkan verən bu yanaşmanın bir variantı təqdim olunur. Bildiyimiz qədər, burada təsvir edilən metodların heç biri əvvəllər öyrənilməmişdir. Onlar çox maraqlı yeni bir texnologiyanı təmsil edirlər, çünki tez-tez öyrənilən fiziki adsorbentlərə nisbətən bir sıra üstünlüklərə malik olan hidratlı adsorbent örtüklərinin əmələ gəlməsinə imkan verirlər.
Bu təcrübələr üçün substrat kimi istifadə edilən möhürlənmiş alüminium lövhələr Çexiya Respublikasının ALINVEST Břidličná şirkəti tərəfindən təmin edilmişdir. Onların tərkibində 98,11% alüminium, 1,3622% dəmir, 0,3618% manqan və mis, maqnezium, silisium, titan, sink, xrom və nikel izləri var.
Kompozitlərin istehsalı üçün seçilmiş materiallar onların termodinamik xüsusiyyətlərinə, yəni 120°C-dən aşağı temperaturda adsorbsiya/desorbsiya edə biləcəkləri suyun miqdarına uyğun olaraq seçilir.
Maqnezium sulfat (MgSO4) ən maraqlı və öyrənilmiş hidratlaşdırılmış duzlardan biridir30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Termodinamik xüsusiyyətlər sistematik şəkildə ölçülmüş və adsorbsiya soyuducuları, istilik nasosları və enerji saxlama sahələrində tətbiq üçün uyğun olduğu aşkar edilmişdir. Quru maqnezium sulfat CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Almaniya) istifadə edilmişdir.
Kalsium xlorid (CaCl2) (H319) hidratının maraqlı termodinamik xüsusiyyətlərə malik olması səbəbindən yaxşı öyrənilmiş başqa bir duzdur41,42,43,44. Kalsium xlorid heksahidrat CAS-No. 7774-34-7 97% istifadə olunub (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Almaniya).
Sink sulfat (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) və onun hidratları aşağı temperaturlu adsorbsiya prosesləri üçün uyğun termodinamik xüsusiyyətlərə malikdir45,46. Sink sulfat heptahidrat CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Almaniya) istifadə edilmişdir.
Stronsium xlorid (SrCl2) (H318) də maraqlı termodinamik xüsusiyyətlərə malikdir4,45,47 baxmayaraq ki, adsorbsiya istilik nasosunda və ya enerji saxlama tədqiqatlarında tez-tez ammonyakla birləşdirilir. Sintez üçün Stronsium xlorid heksahidrat CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, Sent-Luis, Missuri, ABŞ) istifadə edilmişdir.
Mis sulfat (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) peşəkar ədəbiyyatda tez-tez rast gəlinən hidratlar arasında deyil, baxmayaraq ki, onun termodinamik xüsusiyyətləri aşağı temperatur tətbiqləri üçün maraq doğurur48,49. Sintez üçün mis sulfat CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, Sent-Luis, MO, ABŞ) istifadə edilmişdir.
Maqnezium xlorid (MgCl2) istilik enerjisinin saxlanması sahəsində son zamanlar daha çox diqqət çəkən hidratlaşdırılmış duzlardan biridir50,51. Təcrübələr üçün təmiz əczaçılıq dərəcəli CAS-Nr.7791-18-6 maqnezium xlorid heksahidrat (Applichem GmbH., Darmştadt, Almaniya) istifadə edilmişdir.
Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, hidroksietil sellüloza oxşar tətbiqlərdə müsbət nəticələr verdiyinə görə seçilmişdir. Sintezimizdə istifadə olunan material hidroksietil sellüloza CAS-Nr 9004-62-0-dır (Sigma Aldrich, Sent-Luis, MO, ABŞ).
Metal liflər sıxılma və sinterləmə yolu ilə bir-birinə bağlanmış qısa tellərdən hazırlanır ki, bu da ərimə ekstraksiyası (CME)52 adlanan bir prosesdir. Bu o deməkdir ki, onların istilik keçiriciliyi yalnız istehsalda istifadə olunan metalların həcm keçiriciliyindən və son strukturun məsaməliliyindən deyil, həm də yivlər arasındakı bağların keyfiyyətindən asılıdır. Liflər izotrop deyil və istehsal zamanı müəyyən bir istiqamətdə paylanmağa meyllidir ki, bu da eninə istiqamətdə istilik keçiriciliyini xeyli aşağı salır.
Su udma xüsusiyyətləri vakuum qablaşdırmasında (Netzsch TG 209 F1 Libra) eyni vaxtda termoqravimetrik analiz (TGA)/diferensial termoqravimetrik analiz (DTG) istifadə edilərək araşdırılmışdır. Ölçmələr axan azot atmosferində 10 ml/dəq axın sürətində və alüminium oksid çuxurlarında 25 ilə 150°C arasında temperatur diapazonunda aparılmışdır. Qızdırma sürəti 1 °C/dəq, nümunənin çəkisi 10 ilə 20 mq arasında dəyişmiş, qətnamə 0,1 mkq idi. Bu işdə qeyd etmək lazımdır ki, vahid səthə düşən kütlə fərqi böyük qeyri-müəyyənliyə malikdir. TGA-DTG-də istifadə olunan nümunələr çox kiçik və nizamsız şəkildə kəsilmişdir ki, bu da onların sahə təyinini qeyri-dəqiq edir. Bu dəyərlər yalnız böyük sapmalar nəzərə alındıqda daha böyük bir sahəyə ekstrapolyasiya edilə bilər.
Zəifləmiş tam əks olunma Furye çevrilmə infraqırmızı (ATR-FTIR) spektrləri ATR platin aksessuarından (Bruker Optik GmbH, Leypsiq, Almaniya) istifadə edərək Bruker Vertex 80 v FTIR spektrometrində (Bruker Optik GmbH, Leypsiq, Almaniya) əldə edilmişdir. Təmiz quru almaz kristallarının spektrləri nümunələri eksperimental ölçmələr üçün fon kimi istifadə etməzdən əvvəl birbaşa vakuumda ölçülmüşdür. Nümunələr 2 sm-1 spektral qətnamə və orta skan sayı 32 istifadə edərək vakuumda ölçülmüşdür. Dalğa sayı 8000 ilə 500 sm-1 arasında dəyişir. Spektral analiz OPUS proqramı istifadə edilərək aparılmışdır.
SEM analizi Zeiss şirkətinin DSM 982 Gemini cihazı ilə 2 və 5 kV sürətləndirici gərginliklərdə aparılmışdır. Enerji dispersiyaedici rentgen spektroskopiyası (EDX) Peltier soyudulmuş silikon sürüşmə detektoru (SSD) ilə Thermo Fischer System 7 cihazı ilə aparılmışdır.
Metal lövhələrin hazırlanması 53-cü bənddə təsvir edilən prosedura bənzər şəkildə aparılmışdır. Əvvəlcə lövhə 50%-li sulfat turşusuna 15 dəqiqə batırılır. Daha sonra onlar təxminən 10 saniyə ərzində 1 M natrium hidroksid məhluluna daxil edilir. Sonra nümunələr çox miqdarda distillə edilmiş su ilə yuyulur və sonra 30 dəqiqə distillə edilmiş suda isladılır. İlkin səthi işləndikdən sonra nümunələr 3%-li doymuş məhlula batırılır. HEC və hədəf duzu. Sonda onları çıxarın və 60°C-də qurudun.
Anodlaşdırma metodu passiv metal üzərindəki təbii oksid təbəqəsini gücləndirir və möhkəmləndirir. Alüminium panellər bərkimiş vəziyyətdə sulfat turşusu ilə anodlaşdırılıb və sonra isti suda möhürlənib. Anodlaşdırma 1 mol/l NaOH (600 s) ilə ilkin aşındırmadan sonra 1 mol/l HNO3 (60 s) ilə neytrallaşdırılıb. Elektrolit məhlulu 2,3 ​​M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 və 1 M MgSO4 + 7H2O qarışığıdır. Anodlaşdırma (40 ± 1)°C, 30 mA/sm2 temperaturda 1200 saniyə ərzində aparılıb. Möhürləmə prosesi materiallarda təsvir olunduğu kimi müxtəlif duzlu su məhlullarında (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2) aparılıb. Nümunə orada 1800 saniyə qaynadılır.
Kompozitlərin istehsalı üçün üç fərqli üsul araşdırılmışdır: yapışqan örtük, birbaşa reaksiya və səth emalı. Hər bir təlim metodunun üstünlükləri və çatışmazlıqları sistematik şəkildə təhlil edilir və müzakirə olunur. Nəticələri qiymətləndirmək üçün birbaşa müşahidə, nanogörüntüləmə və kimyəvi/element analizindən istifadə edilmişdir.
Anodlaşdırma duz hidratlarının yapışmasını artırmaq üçün konversiya səthi emalı metodu kimi seçilmişdir. Bu səth emalı birbaşa alüminium səthində alüminium oksidindən (alüminium oksidi) ibarət məsaməli bir quruluş yaradır. Ənənəvi olaraq, bu üsul iki mərhələdən ibarətdir: birinci mərhələ alüminium oksidindən ibarət məsaməli bir quruluş yaradır, ikinci mərhələ isə məsamələri bağlayan alüminium hidroksid örtüyü yaradır. Aşağıda qaz fazasına girişi maneə törətmədən duzun bloklanmasının iki üsulu verilmişdir. Birincisi, adsorbent kristallarını saxlamaq və metal səthlərə yapışmasını artırmaq üçün ilk mərhələdə əldə edilən kiçik alüminium oksidi (Al2O3) borularından istifadə edən pətək sistemindən ibarətdir. Yaranan pətəklərin diametri təxminən 50 nm və uzunluğu 200 nm-dir (Şəkil 1a). Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, bu boşluqlar adətən ikinci mərhələdə alüminium oksidi borusunun qaynama prosesi ilə dəstəklənən nazik Al2O(OH)2 boehmit təbəqəsi ilə bağlanır. İkinci üsulda, bu möhürləmə prosesi elə bir şəkildə dəyişdirilir ki, duz kristalları bu halda möhürləmə üçün istifadə edilməyən vahid örtüklü boehmit (Al2O(OH)) təbəqəsində tutulur. İkinci mərhələ müvafiq duzun doymuş məhlulunda aparılır. Təsvir edilən naxışların ölçüləri 50-100 nm arasında dəyişir və sıçrayan damcılara bənzəyir (Şəkil 1b). Möhürləmə prosesi nəticəsində əldə edilən səth artan təmas sahəsi ilə diqqətəlayiq fəza quruluşuna malikdir. Bu səth naxışı, bir çox bağlanma konfiqurasiyaları ilə birlikdə, duz kristallarını daşımaq və saxlamaq üçün idealdır. Təsvir edilən hər iki struktur həqiqətən məsaməli görünür və adsorberin işləməsi zamanı duz hidratlarını saxlamaq və buxarları duza adsorbsiya etmək üçün yaxşı uyğun görünən kiçik boşluqlara malikdir. Lakin, EDX istifadə edərək bu səthlərin elementar təhlili boehmit səthində iz miqdarında maqnezium və kükürd aşkar edə bilər ki, bunlar da alüminium oksidi səthində aşkar edilmir.
Nümunənin ATR-FTIR göstəricisi elementin maqnezium sulfat olduğunu təsdiqlədi (Şəkil 2b-yə baxın). Spektr 610–680 və 1080–1130 sm–1-də xarakterik sulfat ion piklərini və 1600–1700 sm–1 və 3200–3800 sm–1-də xarakterik qəfəs su piklərini göstərir (Şəkil 2a, c-yə baxın). Maqnezium ionlarının olması spektri demək olar ki, dəyişmir54.
(a) Boehmitlə örtülmüş MgSO4 alüminium lövhənin EDX-i, (b) Boehmit və MgSO4 örtüklərinin ATR-FTIR spektrləri, (c) Təmiz MgSO4-ün ATR-FTIR spektrləri.
Adsorbsiya səmərəliliyinin qorunması TGA tərəfindən təsdiqləndi. Şəkil 3b-də təxminən 60°C desorbsiya pik göstərilir. Bu pik təmiz duzun TGA-da müşahidə edilən iki pikin temperaturuna uyğun gəlmir (Şəkil 3a). Adsorbsiya-desorbsiya dövrünün təkrarlanması qiymətləndirildi və nümunələr rütubətli atmosferə yerləşdirildikdən sonra eyni əyri müşahidə edildi (Şəkil 3c). Desorbsiyanın ikinci mərhələsində müşahidə edilən fərqlər axan atmosferdə susuzlaşmanın nəticəsi ola bilər, çünki bu, çox vaxt natamam susuzlaşmaya səbəb olur. Bu dəyərlər birinci susuzlaşdırmada təxminən 17,9 q/m2, ikinci susuzlaşdırmada isə 10,3 q/m2-yə uyğundur.
Boehmit və MgSO4-ün TGA analizinin müqayisəsi: Saf MgSO4-ün (a), qarışığın (b) və rehidratasiyadan sonra (c) TGA analizi.
Eyni metod adsorbent kimi kalsium xloridlə də aparılmışdır. Nəticələr Şəkil 4-də təqdim olunur. Səthin vizual yoxlanılması metal parıltısında kiçik dəyişikliklər aşkar etmişdir. Xəz çətinliklə görünür. SEM səthdə bərabər paylanmış kiçik kristalların mövcudluğunu təsdiqlədi. Lakin, TGA 150°C-dən aşağı temperaturda susuzlaşma göstərmədi. Bu, duzun nisbətinin substratın ümumi kütləsinə nisbətən TGA tərəfindən aşkarlanması üçün çox az olması ilə bağlı ola bilər.
Mis sulfat örtüyünün anodlaşdırma üsulu ilə səthi işlənməsinin nəticələri şəkil 5-də göstərilmişdir. Bu halda, CuSO4-ün Al oksid strukturuna daxil edilməsi gözlənilmir. Bunun əvəzinə, tipik firuzəyi boyalarla istifadə edilən mis hidroksid Cu(OH)2 üçün adətən istifadə edildiyi üçün boş iynələr müşahidə olunur.
Anodlaşdırılmış səth emalı da stronsium xloridlə birlikdə sınaqdan keçirilmişdir. Nəticələr qeyri-bərabər örtük göstərdi (Şəkil 6a-ya baxın). Duzun bütün səthi örtdüyünü müəyyən etmək üçün EDX analizi aparılmışdır. Boz sahədəki bir nöqtə üçün əyri (Şəkil 6b-də 1-ci nöqtə) az stronsium və çoxlu alüminium göstərir. Bu, ölçülmüş zonada stronsiumun az miqdarını göstərir ki, bu da öz növbəsində stronsium xloridinin az örtülməsini göstərir. Əksinə, ağ sahələrdə stronsiumun yüksək miqdarı və alüminiumun az miqdarı var (Şəkil 6b-də 2-6 nöqtələri). Ağ sahənin EDX analizi daha tünd nöqtələr (Şəkil 6b-də 2 və 4 nöqtələri), xlorun az və kükürdün yüksək olduğunu göstərir. Bu, stronsium sulfatın əmələ gəlməsini göstərə bilər. Daha parlaq nöqtələr yüksək xlor tərkibini və aşağı kükürd tərkibini əks etdirir (Şəkil 6b-də 3, 5 və 6 nöqtələri). Bu, ağ örtüyün əsas hissəsinin gözlənilən stronsium xloriddən ibarət olması ilə izah edilə bilər. Nümunənin TGA-sı, təmiz stronsium xloridin xarakterik temperaturunda pik nöqtəsi ilə analizin interpretasiyasını təsdiqlədi (Şəkil 6c). Onların kiçik dəyəri metal dayaq kütləsi ilə müqayisədə duzun kiçik bir hissəsi ilə əsaslandırıla bilər. Təcrübələrdə təyin olunan desorbsiya kütləsi, 150°C temperaturda adsorberin vahid sahəsinə düşən 7,3 q/m2 miqdarına uyğundur.
Eloksal ilə işlənmiş sink sulfat örtükləri də sınaqdan keçirilmişdir. Makroskopik olaraq, örtük çox nazik və vahid bir təbəqədir (Şəkil 7a). Lakin, SEM boş sahələrlə ayrılmış kiçik kristallarla örtülmüş bir səth sahəsi aşkar etmişdir (Şəkil 7b). Örtük və substratın TGA-sı təmiz duzun TGA-sı ilə müqayisə edilmişdir (Şəkil 7c). Saf duzun 59.1°C-də bir asimmetrik zirvəsi var. Örtülmüş alüminium 55.5°C və 61.3°C-də iki kiçik zirvə göstərmişdir ki, bu da sink sulfat hidratının mövcudluğunu göstərir. Təcrübədə aşkar edilən kütlə fərqi 150°C susuzlaşdırma temperaturunda 10.9 q/m2-ə uyğundur.
Əvvəlki tətbiqdə53 olduğu kimi, sorbent örtüyünün yapışmasını və stabilliyini artırmaq üçün bağlayıcı kimi hidroksietil sellüloza istifadə edilmişdir. Materialın uyğunluğu və adsorbsiya performansına təsiri TGA ilə qiymətləndirilmişdir. Təhlil ümumi kütlə ilə əlaqəli olaraq aparılır, yəni nümunə örtük substratı kimi istifadə edilən metal lövhəni ehtiva edir. Yapışma ISO2409 spesifikasiyasında müəyyən edilmiş çarpaz kəsik sınağına əsaslanan bir sınaqla sınaqdan keçirilir (spesifikasiyanın qalınlığından və enindən asılı olaraq kəsik ayrılması spesifikasiyasına cavab verə bilməz).
Panellərin kalsium xlorid (CaCl2) ilə örtülməsi (Şəkil 8a-ya baxın) qeyri-bərabər paylanmaya səbəb oldu ki, bu da eninə kəsik sınağı üçün istifadə edilən təmiz alüminium örtükdə müşahidə edilmədi. Təmiz CaCl2 üçün nəticələrlə müqayisədə TGA (Şəkil 8b) müvafiq olaraq 40 və 20°C aşağı temperaturlara doğru sürüşmüş iki xarakterik pik göstərir. Kəsişmə sınağı obyektiv müqayisə aparmağa imkan vermir, çünki təmiz CaCl2 nümunəsi (Şəkil 8c-də sağdakı nümunə) ən üst hissəcikləri təmizləyən toz çöküntüsüdür. HEC nəticələri qənaətbəxş yapışmaya malik çox nazik və vahid bir örtük göstərdi. Şəkil 8b-də göstərilən kütlə fərqi 150°C temperaturda adsorberin vahid sahəsinə 51,3 q/m2-yə uyğundur.
Yapışma və vahidlik baxımından da müsbət nəticələr maqnezium sulfat (MgSO4) ilə əldə edilmişdir (Şəkil 9-a baxın). Örtüyün desorbsiya prosesinin təhlili təxminən 60°C-lik bir pik nöqtəsinin mövcudluğunu göstərdi. Bu temperatur təmiz duzların susuzlaşdırılmasında müşahidə olunan əsas desorbsiya mərhələsinə uyğundur və 44°C-də başqa bir mərhələni təmsil edir. Bu, heksahidratdan pentahidrataya keçidə uyğundur və bağlayıcı maddələrlə örtüklər halında müşahidə edilmir. Kəsişmə sınaqları təmiz duzdan istifadə etməklə hazırlanmış örtüklərlə müqayisədə daha yaxşı paylanma və yapışma göstərir. TGA-DTC-də müşahidə olunan kütlə fərqi 150°C temperaturda adsorberin vahid sahəsinə 18,4 q/m2-yə uyğundur.
Səth qeyri-bərabərliyinə görə, stronsium xlorid (SrCl2) üzgəclərdə qeyri-bərabər örtüyə malikdir (Şəkil 10a). Lakin, eninə çentik sınağının nəticələri əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşmış yapışma ilə vahid paylanma göstərdi (Şəkil 10c). TGA analizi çəkidə çox kiçik bir fərq göstərdi ki, bu da metal substratla müqayisədə duz tərkibinin daha aşağı olması ilə əlaqədar olmalıdır. Lakin, əyridəki addımlar susuzlaşdırma prosesinin mövcudluğunu göstərir, baxmayaraq ki, pik təmiz duzu xarakterizə edərkən əldə edilən temperaturla əlaqələndirilir. Şəkil 10b-də müşahidə edilən 110°C və 70.2°C-dəki piklər təmiz duzu təhlil edərkən də aşkar edilmişdir. Lakin, 50°C-də təmiz duzda müşahidə edilən əsas susuzlaşdırma addımı bağlayıcı istifadə edilən əyrilərdə əks olunmadı. Bunun əksinə olaraq, bağlayıcı qarışığı 20.2°C və 94.1°C-də iki pik göstərdi ki, bunlar təmiz duz üçün ölçülmədi (Şəkil 10b). 150 °C temperaturda müşahidə edilən kütlə fərqi adsorberin vahid sahəsinə 7,2 q/m2-ə uyğun gəlir.
HEC və sink sulfatın (ZnSO4) kombinasiyası məqbul nəticələr vermədi (Şəkil 11). Örtüklü metalın TGA analizi heç bir susuzlaşdırma prosesi aşkar etmədi. Örtükün paylanması və yapışması yaxşılaşsa da, xüsusiyyətləri hələ də optimaldan çox uzaqdır.
Metal lifləri nazik və vahid təbəqə ilə örtməyin ən sadə yolu, hədəf duzunun hazırlanmasını və metal liflərin sulu məhlul ilə hopdurulmasını əhatə edən yaş hopdurmadır (Şəkil 12a).
Yaş hopdurmaya hazırlıq zamanı iki əsas problemlə qarşılaşılır. Bir tərəfdən, duz məhlulunun səthi gərginliyi mayenin məsaməli quruluşa düzgün daxil olmasına mane olur. Xarici səthdəki kristallaşma (Şəkil 12d) və quruluşun içərisində qalan hava qabarcıqları (Şəkil 12c) yalnız səthi gərginliyi azaltmaq və nümunəni distillə edilmiş su ilə əvvəlcədən islatmaqla azaldıla bilər. Quruluşun içərisindəki havanı boşaltmaqla və ya quruluşda məhlul axını yaratmaqla nümunədə məcburi həllolma strukturun tam doldurulmasını təmin etməyin digər təsirli yollarıdır.
Hazırlıq zamanı qarşılaşılan ikinci problem duzun bir hissəsindən təbəqənin çıxarılması idi (Şəkil 12b-yə baxın). Bu fenomen həll səthində quru örtük əmələ gəlməsi ilə xarakterizə olunur ki, bu da konvektiv şəkildə stimullaşdırılan qurutmanı dayandırır və diffuziya ilə stimullaşdırılan prosesə başlayır. İkinci mexanizm birincisindən daha yavaşdır. Nəticədə, ağlabatan qurutma müddəti üçün yüksək temperatur tələb olunur ki, bu da nümunənin içərisində qabarcıqların əmələ gəlməsi riskini artırır. Bu problem konsentrasiya dəyişikliyinə (buxarlanma) deyil, temperatur dəyişikliyinə (Şəkil 13-də MgSO4 ilə nümunədə olduğu kimi) əsaslanan alternativ kristallaşma metodunun tətbiqi ilə həll olunur.
MgSO4 istifadə edərək bərk və maye fazaların soyudulması və ayrılması zamanı kristallaşma prosesinin sxematik təsviri.
Bu üsulla doymuş duz məhlulları otaq temperaturunda (OT) və ya daha yüksək temperaturda hazırlana bilər. Birinci halda, temperaturu otaq temperaturundan aşağı salmaqla kristallaşma məcburi hala gətirilmişdir. İkinci halda, nümunə otaq temperaturuna (OT) qədər soyudulduqda kristallaşma baş vermişdir. Nəticədə maye hissəsi sıxılmış hava ilə çıxarılan kristallar (B) və həll olmuş (A) qarışığı əmələ gəlir. Bu yanaşma təkcə bu hidratlar üzərində bir təbəqənin əmələ gəlməsinin qarşısını almır, həm də digər kompozitlərin hazırlanması üçün tələb olunan vaxtı azaldır. Lakin, sıxılmış hava ilə mayenin çıxarılması duzun əlavə kristallaşmasına səbəb olur və nəticədə daha qalın bir örtük əmələ gəlir.
Metal səthləri örtmək üçün istifadə edilə bilən başqa bir üsul, kimyəvi reaksiyalar vasitəsilə hədəf duzlarının birbaşa istehsalını əhatə edir. Əvvəlki tədqiqatımızda bildirildiyi kimi, üzgəclərin və boruların metal səthlərində turşuların reaksiyası ilə hazırlanan örtüklü istilik dəyişdiriciləri bir sıra üstünlüklərə malikdir. Bu metodun liflərə tətbiqi reaksiya zamanı qazların əmələ gəlməsi səbəbindən çox pis nəticələrə səbəb oldu. Hidrogen qazı qabarcıqlarının təzyiqi zondun içərisində toplanır və məhsul atıldıqca dəyişir (Şəkil 14a).
Örtük, örtüyün qalınlığını və paylanmasını daha yaxşı idarə etmək üçün kimyəvi reaksiya yolu ilə modifikasiya edilmişdir. Bu üsul nümunədən turşu duman axınının keçirilməsini əhatə edir (Şəkil 14b). Bunun substrat metalı ilə reaksiya yolu ilə vahid bir örtüklə nəticələnəcəyi gözlənilir. Nəticələr qənaətbəxş idi, lakin proses effektiv bir üsul hesab edilməyəcək qədər yavaş idi (Şəkil 14c). Lokal isitmə ilə daha qısa reaksiya müddətlərinə nail olmaq olar.
Yuxarıda göstərilən metodların çatışmazlıqlarını aradan qaldırmaq üçün yapışdırıcıların istifadəsinə əsaslanan örtük üsulu öyrənilmişdir. Əvvəlki bölmədə təqdim olunan nəticələrə əsasən HEC seçilmişdir. Bütün nümunələr 3% çəkidə hazırlanmışdır. Bağlayıcı duzla qarışdırılır. Liflər qabırğalar üçün olduğu kimi eyni prosedura uyğun olaraq əvvəlcədən işlənmişdir, yəni 15 dəqiqə ərzində 50% həcmdə sulfat turşusunda isladılmış, sonra 20 saniyə natrium hidroksiddə isladılmış, distillə edilmiş suda yuyulmuş və nəhayət 30 dəqiqə distillə edilmiş suda isladılmışdır. Bu halda, hopdurmadan əvvəl əlavə bir addım əlavə edilmişdir. Nümunəni qısa müddətə seyreltilmiş hədəf duz məhluluna batırın və təxminən 60°C-də qurudun. Proses metalın səthini dəyişdirmək, son mərhələdə örtüyün paylanmasını yaxşılaşdıran nüvələşmə sahələri yaratmaq üçün hazırlanmışdır. Lifli strukturun bir tərəfində filamentlərin daha incə və sıx yerləşdiyi, digər tərəfində isə filamentlərin daha qalın və daha az paylandığı yer var. Bu, 52 istehsal prosesinin nəticəsidir.
Kalsium xlorid (CaCl2) üçün nəticələr Cədvəl 1-də ümumiləşdirilmiş və şəkillərlə təsvir edilmişdir. Peyvənddən sonra yaxşı örtük. Səthində görünən kristalları olmayan tellərdə belə metal əks olunma azalmışdır ki, bu da örtükdə dəyişiklik olduğunu göstərir. Lakin nümunələr CaCl2 və HEC-nin sulu qarışığı ilə hopdurulduqdan və təxminən 60°C temperaturda qurudulduqdan sonra örtüklər strukturların kəsişmələrində cəmlənmişdir. Bu, məhlulun səthi gərginliyindən qaynaqlanan bir təsirdir. İslatdıqdan sonra maye səthi gərginliyinə görə nümunənin içərisində qalır. Əsasən, bu, strukturların kəsişməsində baş verir. Nümunənin ən yaxşı tərəfində duzla doldurulmuş bir neçə dəlik var. Örtükdən sonra çəki 0,06 q/sm3 artmışdır.
Maqnezium sulfat (MgSO4) ilə örtük vahid həcmdə daha çox duz əmələ gətirdi (Cədvəl 2). Bu halda, ölçülmüş artım 0,09 q/sm3-dür. Toxumlama prosesi geniş nümunə örtüyü ilə nəticələndi. Örtük prosesindən sonra duz nümunənin nazik tərəfinin böyük sahələrini bloklayır. Bundan əlavə, matın bəzi sahələri bloklanır, lakin müəyyən məsaməlilik saxlanılır. Bu halda, strukturların kəsişməsində duz əmələ gəlməsi asanlıqla müşahidə olunur ki, bu da örtük prosesinin əsasən mayenin səthi gərginliyindən qaynaqlandığını və duzla metal substrat arasındakı qarşılıqlı təsirdən deyil, təsdiqləyir.
Stronsium xlorid (SrCl2) və HEC-nin kombinasiyası üçün nəticələr əvvəlki nümunələrə (Cədvəl 3) oxşar xüsusiyyətlər göstərdi. Bu halda, nümunənin nazik tərəfi demək olar ki, tamamilə örtülüdür. Nümunədən buxarın çıxması nəticəsində qurutma zamanı əmələ gələn yalnız fərdi məsamələr görünür. Mat tərəfdə müşahidə olunan naxış əvvəlki vəziyyətə çox oxşardır, sahə duzla tıxanıb və liflər tamamilə örtülməyib.
Lifli strukturun istilik dəyişdiricisinin istilik performansına müsbət təsirini qiymətləndirmək üçün örtüklü lifli strukturun effektiv istilik keçiriciliyi müəyyən edilmiş və təmiz örtük materialı ilə müqayisə edilmişdir. İstilik keçiriciliyi Şəkil 15a-da göstərilən düz panel cihazı istifadə edilərək ASTM D 5470-2017 standartına uyğun olaraq məlum istilik keçiriciliyinə malik istinad materialından istifadə edilərək ölçülmüşdür. Digər keçici ölçmə metodları ilə müqayisədə bu prinsip mövcud tədqiqatda istifadə olunan məsaməli materiallar üçün üstünlük təşkil edir, çünki ölçmələr sabit vəziyyətdə və kifayət qədər nümunə ölçüsü ilə (əsas sahəsi 30 × 30 mm2, hündürlüyü təxminən 15 mm) aparılır. Anizotrop istilik keçiriciliyinin təsirini qiymətləndirmək üçün təmiz örtük materialının (istinad) və örtüklü lif strukturunun nümunələri lifin istiqamətində və lifin istiqamətinə perpendikulyar ölçmələr üçün hazırlanmışdır. Nümunələrin hazırlanması nəticəsində yaranan səth pürüzlülüyünün təsirini minimuma endirmək üçün nümunələr səthdə üyüdülmüşdür (P320 qranul).