Nature.com-এ আসার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ। আপনি যে ব্রাউজার সংস্করণটি ব্যবহার করছেন তাতে CSS-এর সমর্থন সীমিত। সর্বোত্তম অভিজ্ঞতার জন্য, আমরা আপনাকে একটি হালনাগাদ ব্রাউজার ব্যবহার করার পরামর্শ দিচ্ছি (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে কম্প্যাটিবিলিটি মোড নিষ্ক্রিয় করুন)। আপাতত, নিরবচ্ছিন্ন সমর্থন নিশ্চিত করার জন্য, আমরা স্টাইল এবং জাভাস্ক্রিপ্ট ছাড়াই সাইটটি রেন্ডার করব।
প্রচলিত কম্প্রেসার সিস্টেমের তুলনায় অ্যাডসর্পশন রেফ্রিজারেশন সিস্টেম এবং হিট পাম্পের বাজার অংশ এখনও তুলনামূলকভাবে ছোট। ব্যয়বহুল বৈদ্যুতিক কাজের পরিবর্তে সস্তা তাপ ব্যবহারের বিশাল সুবিধা থাকা সত্ত্বেও, অ্যাডসর্পশন নীতির উপর ভিত্তি করে তৈরি সিস্টেমের বাস্তবায়ন এখনও কয়েকটি নির্দিষ্ট প্রয়োগের মধ্যেই সীমাবদ্ধ। যে প্রধান অসুবিধাটি দূর করা প্রয়োজন তা হলো অ্যাডসরবেন্টের কম তাপ পরিবাহিতা এবং কম স্থিতিশীলতার কারণে নির্দিষ্ট শক্তির হ্রাস। বর্তমান অত্যাধুনিক বাণিজ্যিক অ্যাডসর্পশন রেফ্রিজারেশন সিস্টেমগুলো শীতলীকরণ ক্ষমতাকে সর্বোত্তম করার জন্য প্রলেপযুক্ত প্লেট হিট এক্সচেঞ্জার-ভিত্তিক অ্যাডসরবারের উপর ভিত্তি করে তৈরি। এটি সুপরিচিত যে প্রলেপের পুরুত্ব কমালে ভর স্থানান্তর প্রতিবন্ধকতা কমে যায়, এবং পরিবাহী কাঠামোর পৃষ্ঠতল-আয়তন অনুপাত বাড়ালে দক্ষতার সাথে আপোস না করেই শক্তি বৃদ্ধি পায়। এই গবেষণায় ব্যবহৃত ধাতব ফাইবারগুলো ২৫০০–৫০,০০০ m²/m³ পরিসরে একটি নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল প্রদান করতে পারে। ধাতব ফাইবারসহ ধাতব পৃষ্ঠে লবণ হাইড্রেটের খুব পাতলা কিন্তু স্থিতিশীল প্রলেপ তৈরির তিনটি পদ্ধতি প্রথমবারের মতো একটি উচ্চ শক্তি ঘনত্ব সম্পন্ন হিট এক্সচেঞ্জার প্রদর্শন করে। কোটিং এবং সাবস্ট্রেটের মধ্যে একটি শক্তিশালী বন্ধন তৈরি করার জন্য অ্যালুমিনিয়াম অ্যানোডাইজিং ভিত্তিক পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়াকরণ বেছে নেওয়া হয়েছে। স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করে প্রাপ্ত পৃষ্ঠতলের মাইক্রোস্ট্রাকচার বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। পরীক্ষায় কাঙ্ক্ষিত উপাদানগুলোর উপস্থিতি যাচাই করার জন্য রিডিউসড টোটাল রিফ্লেকশন ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম ইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপি এবং এনার্জি ডিসপারসিভ এক্স-রে স্পেকট্রোস্কোপি ব্যবহার করা হয়েছিল। সম্মিলিত থার্মোগ্রাভিমেট্রিক অ্যানালাইসিস (TGA)/ডিফারেনশিয়াল থার্মোগ্রাভিমেট্রিক অ্যানালাইসিস (DTG) দ্বারা তাদের হাইড্রেট গঠনের ক্ষমতা নিশ্চিত করা হয়েছিল। MgSO4 কোটিং-এ প্রতি গ্রাম (কম্পোজিট)-এ ০.০৭ গ্রামের বেশি (পানি) নিম্নমানের উপস্থিতি পাওয়া গেছে, যা প্রায় ৬০ °C তাপমাত্রায় ডিহাইড্রেশনের লক্ষণ দেখায় এবং রিহাইড্রেশনের পর পুনরায় একই ফলাফল পাওয়া যায়। SrCl2 এবং ZnSO4-এর ক্ষেত্রেও ইতিবাচক ফলাফল পাওয়া গেছে, যেখানে ১০০ °C-এর নিচে ভরের পার্থক্য ছিল প্রায় ০.০২ গ্রাম/গ্রাম। কোটিং-এর স্থায়িত্ব এবং আনুগত্য বাড়ানোর জন্য অ্যাডিটিভ হিসেবে হাইড্রোক্সিইথাইলসেলুলোজ বেছে নেওয়া হয়েছিল। পণ্যগুলির শোষণ ক্ষমতা যুগপৎ TGA-DTG দ্বারা মূল্যায়ন করা হয়েছিল এবং ISO2409-এ বর্ণিত পরীক্ষাগুলির উপর ভিত্তি করে একটি পদ্ধতির মাধ্যমে তাদের আসঞ্জন বৈশিষ্ট্য নির্ণয় করা হয়েছিল। ১০০ °C-এর নিচের তাপমাত্রায় প্রায় ০.১ গ্রাম/গ্রাম ওজনের পার্থক্যের সাথে CaCl2 আবরণের দৃঢ়তা এবং আসঞ্জন উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়, এবং একই সাথে এর শোষণ ক্ষমতাও বজায় থাকে। এছাড়াও, MgSO4 হাইড্রেট গঠনের ক্ষমতা ধরে রাখে, যা ১০০ °C-এর নিচের তাপমাত্রায় ০.০৪ গ্রাম/গ্রাম-এর বেশি ভরের পার্থক্য দেখায়। পরিশেষে, প্রলিপ্ত ধাতব তন্তুগুলি পরীক্ষা করা হয়। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, Al2(SO4)3 দ্বারা প্রলিপ্ত তন্তু কাঠামোর কার্যকর তাপ পরিবাহিতা বিশুদ্ধ Al2(SO4)3-এর আয়তনের তুলনায় ৪.৭ গুণ বেশি হতে পারে। পরীক্ষিত আবরণগুলির আবরণ দৃশ্যত পরীক্ষা করা হয়েছিল এবং প্রস্থচ্ছেদের মাইক্রোস্কোপিক চিত্র ব্যবহার করে অভ্যন্তরীণ কাঠামো মূল্যায়ন করা হয়েছিল। প্রায় ৫০ µm পুরুত্বের একটি Al2(SO4)3 আবরণ পাওয়া গিয়েছিল, কিন্তু আরও সুষম বন্টন অর্জনের জন্য সামগ্রিক প্রক্রিয়াটিকে অপ্টিমাইজ করতে হবে।
গত কয়েক দশকে অ্যাডসর্পশন সিস্টেমগুলো ব্যাপক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে, কারণ এগুলো প্রচলিত কম্প্রেশন হিট পাম্প বা রেফ্রিজারেশন সিস্টেমের একটি পরিবেশবান্ধব বিকল্প প্রদান করে। ক্রমবর্ধমান আরামদায়ক জীবনযাত্রার মান এবং বৈশ্বিক গড় তাপমাত্রার কারণে, অদূর ভবিষ্যতে অ্যাডসর্পশন সিস্টেমগুলো জীবাশ্ম জ্বালানির উপর নির্ভরতা কমাতে পারে। এছাড়াও, অ্যাডসর্পশন রেফ্রিজারেশন বা হিট পাম্পের যেকোনো উন্নতিকে তাপশক্তি সঞ্চয়ে কাজে লাগানো যেতে পারে, যা প্রাথমিক শক্তির দক্ষ ব্যবহারের সম্ভাবনাকে আরও বাড়িয়ে তোলে। অ্যাডসর্পশন হিট পাম্প এবং রেফ্রিজারেশন সিস্টেমের প্রধান সুবিধা হলো এগুলো স্বল্প তাপীয় ভর নিয়েও কাজ করতে পারে। এই কারণে এগুলো সৌরশক্তি বা বর্জ্য তাপের মতো নিম্ন তাপমাত্রার উৎসের জন্য উপযুক্ত। শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে, সেন্সিবল বা ল্যাটেন্ট হিট স্টোরেজের তুলনায় অ্যাডসর্পশনের সুবিধা হলো এর শক্তি ঘনত্ব বেশি এবং শক্তি অপচয় কম।
অ্যাডসর্পশন হিট পাম্প এবং রেফ্রিজারেশন সিস্টেমগুলো তাদের ভেপার কম্প্রেশন প্রতিরূপের মতোই একই তাপগতিবিদ্যার চক্র অনুসরণ করে। প্রধান পার্থক্য হলো কম্প্রেসার উপাদানগুলোর পরিবর্তে অ্যাডসরবার ব্যবহার করা। এই উপাদানটি মাঝারি তাপমাত্রায় কম চাপের রেফ্রিজারেন্ট বাষ্প শোষণ করতে সক্ষম, এবং তরলটি ঠান্ডা থাকা অবস্থাতেও আরও বেশি রেফ্রিজারেন্ট বাষ্পীভূত করে। অ্যাডসর্পশনের এনথালপি (তাপমোচী) বাদ দেওয়ার জন্য অ্যাডসরবারটির অবিরাম শীতলীকরণ নিশ্চিত করা প্রয়োজন। উচ্চ তাপমাত্রায় অ্যাডসরবারটিকে পুনরুজ্জীবিত করা হয়, যার ফলে রেফ্রিজারেন্ট বাষ্প বিশোষিত হয়। বিশোষণের এনথালপি (তাপশোষী) সরবরাহ করার জন্য উত্তাপন অব্যাহত রাখতে হয়। যেহেতু অ্যাডসর্পশন প্রক্রিয়াগুলো তাপমাত্রার পরিবর্তন দ্বারা চিহ্নিত, তাই উচ্চ পাওয়ার ডেনসিটির জন্য উচ্চ তাপ পরিবাহিতা প্রয়োজন। তবে, বেশিরভাগ প্রয়োগের ক্ষেত্রে কম তাপ পরিবাহিতাই এখন পর্যন্ত প্রধান অসুবিধা।
পরিবাহিতার প্রধান সমস্যা হলো শোষণ/বিমোচন বাষ্পের প্রবাহ সরবরাহকারী পরিবহন পথটি বজায় রেখে এর গড় মান বৃদ্ধি করা। এটি অর্জনের জন্য সাধারণত দুটি পদ্ধতি ব্যবহৃত হয়: কম্পোজিট হিট এক্সচেঞ্জার এবং কোটেড হিট এক্সচেঞ্জার। সবচেয়ে জনপ্রিয় এবং সফল কম্পোজিট উপাদানগুলো হলো সেগুলো, যেগুলোতে কার্বন-ভিত্তিক সংযোজনী, যেমন এক্সপান্ডেড গ্রাফাইট, অ্যাক্টিভেটেড কার্বন বা কার্বন ফাইবার ব্যবহৃত হয়। অলিভেইরা এট আল. ২ এক্সপান্ডেড গ্রাফাইট পাউডারকে ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড দিয়ে সিক্ত করে এমন একটি অ্যাডসরবার তৈরি করেন যার স্পেসিফিক কুলিং ক্যাপাসিটি (SCP) ৩০৬ ওয়াট/কেজি পর্যন্ত এবং কোএফিসিয়েন্ট অফ পারফরম্যান্স (COP) ০.৪৬ পর্যন্ত। জাজাকজকোভস্কি এট আল. ৩ এক্সপান্ডেড গ্রাফাইট, কার্বন ফাইবার এবং ক্যালসিয়াম ক্লোরাইডের একটি সংমিশ্রণ প্রস্তাব করেন যার মোট পরিবাহিতা ছিল ১৫ ওয়াট/মিটার-কেলভিন। জিয়ান এট আল. ৪ একটি দ্বি-পর্যায়ের শোষণ শীতলীকরণ চক্রে সাবস্ট্রেট হিসেবে সালফিউরিক অ্যাসিড দ্বারা শোধিত এক্সপান্ডেড ন্যাচারাল গ্রাফাইট (ENG-TSA) ব্যবহার করে কম্পোজিট পরীক্ষা করেন। মডেলটি COP ০.২১৫ থেকে ০.২৮৫ এবং SCP ১৬১.৪ থেকে ২৬০.৭৪ ওয়াট/কেজি পর্যন্ত পূর্বাভাস দিয়েছে।
এখন পর্যন্ত সবচেয়ে কার্যকর সমাধান হলো প্রলেপযুক্ত হিট এক্সচেঞ্জার। এই হিট এক্সচেঞ্জারগুলির প্রলেপ দেওয়ার পদ্ধতিকে দুটি ভাগে ভাগ করা যায়: সরাসরি সংশ্লেষণ এবং আঠা। সবচেয়ে সফল পদ্ধতি হলো সরাসরি সংশ্লেষণ, যেখানে উপযুক্ত বিকারক থেকে সরাসরি হিট এক্সচেঞ্জারের পৃষ্ঠে অধিশোষক পদার্থ তৈরি করা হয়। সোটেক৫ ফারেনহাইট জিএমবিএইচ দ্বারা নির্মিত কুলারের একটি সিরিজে ব্যবহারের জন্য প্রলেপযুক্ত জিওলাইট সংশ্লেষণের একটি পদ্ধতির পেটেন্ট করেছে। শ্ন্যাবেল ও অন্যান্য৬ স্টেইনলেস স্টিলের উপর প্রলেপ দেওয়া দুটি জিওলাইটের কার্যকারিতা পরীক্ষা করেছেন। তবে, এই পদ্ধতিটি শুধুমাত্র নির্দিষ্ট অধিশোষকের সাথেই কাজ করে, যা আঠা দিয়ে প্রলেপ দেওয়াকে একটি আকর্ষণীয় বিকল্প করে তোলে। বাইন্ডার হলো নিষ্ক্রিয় পদার্থ যা অধিশোষকের আনুগত্য এবং/অথবা ভর স্থানান্তরকে সমর্থন করার জন্য বেছে নেওয়া হয়, কিন্তু অধিশোষণ বা পরিবাহিতা বৃদ্ধিতে এদের কোনো ভূমিকা নেই। ফ্রেনি ও অন্যান্য৭ একটি কাদামাটি-ভিত্তিক বাইন্ডার দ্বারা স্থিতিশীলকৃত AQSOA-Z02 জিওলাইট দিয়ে অ্যালুমিনিয়াম হিট এক্সচেঞ্জারের উপর প্রলেপ দিয়েছেন। ক্যালাব্রেস ও অন্যান্য৮ পলিমারিক বাইন্ডার দিয়ে জিওলাইট প্রলেপ তৈরির বিষয়ে গবেষণা করেছেন। আম্মান ও অন্যান্যরা৯ পলিভিনাইল অ্যালকোহলের চৌম্বকীয় মিশ্রণ থেকে ছিদ্রযুক্ত জিওলাইট আবরণ তৈরির একটি পদ্ধতি প্রস্তাব করেছেন। অ্যালুমিনা (অ্যালুমিনা) অ্যাডসরবারে বাইন্ডার ১০ হিসেবেও ব্যবহৃত হয়। আমাদের জানা মতে, সেলুলোজ এবং হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ শুধুমাত্র ভৌত অ্যাডসরবেন্টের সাথে একত্রে ব্যবহৃত হয়১১,১২। কখনও কখনও আঠা রঙের জন্য ব্যবহৃত হয় না, বরং এটি নিজেই কাঠামো ১৩ তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। একাধিক সল্ট হাইড্রেটের সাথে অ্যালজিনেট পলিমার ম্যাট্রিক্সের সংমিশ্রণ নমনীয় যৌগিক বিড কাঠামো তৈরি করে যা শুকানোর সময় ফুটো হওয়া প্রতিরোধ করে এবং পর্যাপ্ত ভর স্থানান্তর প্রদান করে। বেন্টোনাইট এবং অ্যাটাপুলগাইটের মতো কাদামাটি যৌগিক পদার্থ তৈরির জন্য বাইন্ডার হিসেবে ব্যবহৃত হয়েছে১৫,১৬,১৭। ইথাইলসেলুলোজ ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড১৮ বা সোডিয়াম সালফাইড১৯ মাইক্রোএনক্যাপসুলেট করতে ব্যবহৃত হয়েছে।
ছিদ্রযুক্ত ধাতব কাঠামোযুক্ত কম্পোজিটগুলিকে অ্যাডিটিভ হিট এক্সচেঞ্জার এবং কোটেড হিট এক্সচেঞ্জার-এ ভাগ করা যায়। এই কাঠামোগুলির সুবিধা হলো এদের উচ্চ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল। এর ফলে কোনো নিষ্ক্রিয় ভর যোগ না করেই অ্যাডসরবেন্ট এবং ধাতুর মধ্যে একটি বৃহত্তর সংস্পর্শ পৃষ্ঠ তৈরি হয়, যা রেফ্রিজারেশন চক্রের সামগ্রিক দক্ষতা হ্রাস করে। ল্যাং এট আল. ২০ একটি অ্যালুমিনিয়াম হানিকম্ব কাঠামোর মাধ্যমে একটি জিওলাইট অ্যাডসরবারের সামগ্রিক পরিবাহিতা উন্নত করেছেন। গিলারমিনট এট আল. ২১ কপার এবং নিকেল ফোমের সাহায্যে NaX জিওলাইট স্তরের তাপ পরিবাহিতা উন্নত করেছেন। যদিও কম্পোজিটগুলি ফেজ চেঞ্জ ম্যাটেরিয়াল (PCM) হিসাবে ব্যবহৃত হয়, লি এট আল. ২২ এবং ঝাও এট আল. ২৩-এর গবেষণালব্ধ ফলাফল কেমিসরপশনের জন্যও আগ্রহের বিষয়। তারা এক্সপান্ডেড গ্রাফাইট এবং মেটাল ফোমের কার্যকারিতা তুলনা করেছেন এবং এই সিদ্ধান্তে পৌঁছেছেন যে, শুধুমাত্র ক্ষয় একটি সমস্যা না হলেই মেটাল ফোম অধিকতর পছন্দনীয়। পালোম্বা এট আল. সম্প্রতি অন্যান্য ধাতব ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর তুলনা করেছেন২৪। ভ্যান ডার পাল এট আল. ফোমের মধ্যে স্থাপিত ধাতব লবণ নিয়ে গবেষণা করেছেন ২৫। পূর্ববর্তী সমস্ত উদাহরণ কণা-আকৃতির অধিশোষকের ঘন স্তরের সাথে সম্পর্কিত। অধিশোষককে আবৃত করার জন্য ধাতব ছিদ্রযুক্ত কাঠামো কার্যত ব্যবহৃত হয় না, যা একটি অধিকতর অনুকূল সমাধান। জিওলাইটের সাথে বন্ধনের একটি উদাহরণ Wittstadt et al. 26-এ পাওয়া যায়, কিন্তু লবণ হাইড্রেটের উচ্চতর শক্তি ঘনত্ব 27 থাকা সত্ত্বেও তাদের আবদ্ধ করার কোনো প্রচেষ্টা করা হয়নি।
অতএব, এই প্রবন্ধে অধিশোষক আবরণ তৈরির তিনটি পদ্ধতি অন্বেষণ করা হবে: (১) বাইন্ডার আবরণ, (২) সরাসরি বিক্রিয়া, এবং (৩) পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়াকরণ। এই গবেষণায় বাইন্ডার হিসেবে হাইড্রোক্সিইথাইলসেলুলোজকে বেছে নেওয়া হয়েছে, কারণ ভৌত অধিশোষকের সাথে মিলিতভাবে এর স্থিতিশীলতা এবং ভালো আবরণ আসঞ্জন ক্ষমতার কথা পূর্বে জানা গেছে। এই পদ্ধতিটি প্রথমে সমতল আবরণের জন্য পরীক্ষা করা হয়েছিল এবং পরে ধাতব তন্তুর কাঠামোতে প্রয়োগ করা হয়। পূর্বে, অধিশোষক আবরণ গঠনের সাথে রাসায়নিক বিক্রিয়ার সম্ভাবনার একটি প্রাথমিক বিশ্লেষণ প্রতিবেদন করা হয়েছিল। পূর্ববর্তী অভিজ্ঞতা এখন ধাতব তন্তুর কাঠামোর আবরণে স্থানান্তরিত করা হচ্ছে। এই গবেষণার জন্য নির্বাচিত পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতিটি অ্যালুমিনিয়াম অ্যানোডাইজিং-এর উপর ভিত্তি করে তৈরি। নান্দনিক উদ্দেশ্যে অ্যালুমিনিয়াম অ্যানোডাইজিং সফলভাবে ধাতব লবণের সাথে মিলিত হয়েছে। এই ক্ষেত্রে, খুব স্থিতিশীল এবং ক্ষয়-প্রতিরোধী আবরণ পাওয়া যেতে পারে। তবে, তারা কোনো অধিশোষণ বা বিশোষণ প্রক্রিয়া সম্পন্ন করতে পারে না। এই গবেষণাপত্রটি এই পদ্ধতির একটি ভিন্ন রূপ উপস্থাপন করে যা মূল প্রক্রিয়ার আসঞ্জন বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করে ভরকে স্থানান্তরিত করার সুযোগ দেয়। আমাদের জ্ঞানমতে, এখানে বর্ণিত কোনো পদ্ধতিই পূর্বে অধ্যয়ন করা হয়নি। এগুলো একটি অত্যন্ত আকর্ষণীয় নতুন প্রযুক্তি, কারণ এর মাধ্যমে আর্দ্র শোষক আবরণ তৈরি করা যায়, যা বহুল আলোচিত ভৌত শোষকগুলোর তুলনায় বেশ কিছু সুবিধা প্রদান করে।
এই পরীক্ষাগুলোর ভিত্তি হিসেবে ব্যবহৃত স্ট্যাম্প করা অ্যালুমিনিয়ামের প্লেটগুলো চেক প্রজাতন্ত্রের অ্যালিনভেস্ট ব্রিডলিচনা সরবরাহ করেছিল। এগুলোতে ৯৮.১১% অ্যালুমিনিয়াম, ১.৩৬২২% লোহা, ০.৩৬১৮% ম্যাঙ্গানিজ এবং অতি সামান্য পরিমাণে তামা, ম্যাগনেসিয়াম, সিলিকন, টাইটানিয়াম, দস্তা, ক্রোমিয়াম ও নিকেল রয়েছে।
কম্পোজিট তৈরির জন্য নির্বাচিত উপাদানগুলো তাদের তাপগতিবিদ্যার বৈশিষ্ট্য অনুসারে বাছাই করা হয়, অর্থাৎ, ১২০°C-এর নিচের তাপমাত্রায় তারা কী পরিমাণ জল শোষণ/বর্জন করতে পারে, তার ওপর নির্ভর করে।
ম্যাগনেসিয়াম সালফেট (MgSO4) সবচেয়ে আকর্ষণীয় এবং বহুল আলোচিত আর্দ্র লবণগুলোর মধ্যে অন্যতম। এর তাপগতিবিদ্যা সংক্রান্ত বৈশিষ্ট্যগুলো পদ্ধতিগতভাবে পরিমাপ করা হয়েছে এবং দেখা গেছে যে এটি শোষণভিত্তিক হিমায়ন, হিট পাম্প এবং শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে প্রয়োগের জন্য উপযুক্ত। শুষ্ক ম্যাগনেসিয়াম সালফেট CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany) ব্যবহার করা হয়েছিল।
ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড (CaCl2) (H319) আরেকটি বহুল-গবেষিত লবণ কারণ এর হাইড্রেটের আকর্ষণীয় তাপগতিবিদ্যাগত বৈশিষ্ট্য রয়েছে41,42,43,44। ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড হেক্সাহাইড্রেট CAS-নং 7774-34-7 97% ব্যবহৃত (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany)।
জিঙ্ক সালফেট (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) এবং এর হাইড্রেটগুলির তাপগতিবিদ্যাগত বৈশিষ্ট্য নিম্ন তাপমাত্রার অধিশোষণ প্রক্রিয়ার জন্য উপযুক্ত⁴⁵,⁴⁶। জিঙ্ক সালফেট হেপ্টাহাইড্রেট CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany) ব্যবহার করা হয়েছিল।
স্ট্রনশিয়াম ক্লোরাইড (SrCl2) (H318)-এরও আকর্ষণীয় তাপগতিবিদ্যাগত বৈশিষ্ট্য রয়েছে4,45,47, যদিও এটি প্রায়শই অ্যাডসর্পশন হিট পাম্প বা শক্তি সঞ্চয় গবেষণায় অ্যামোনিয়ার সাথে মিলিত হয়। সংশ্লেষণের জন্য স্ট্রনশিয়াম ক্লোরাইড হেক্সাহাইড্রেট CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (সিগমা অলড্রিচ, সেন্ট লুইস, মিসৌরি, ইউএসএ) ব্যবহার করা হয়েছিল।
কপার সালফেট (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) পেশাদার সাহিত্যে সচরাচর পাওয়া যায় এমন হাইড্রেটগুলোর মধ্যে পড়ে না, যদিও নিম্ন তাপমাত্রার প্রয়োগের জন্য এর তাপগতিবিদ্যাগত বৈশিষ্ট্যগুলো আগ্রহের বিষয়⁴⁸,⁴⁹। সংশ্লেষণের জন্য কপার সালফেট CAS-Nr.7758-99-8 99% (সিগমা অলড্রিচ, সেন্ট লুইস, এমও, ইউএসএ) ব্যবহার করা হয়েছিল।
ম্যাগনেসিয়াম ক্লোরাইড (MgCl2) হলো একটি আর্দ্র লবণ যা সম্প্রতি তাপ শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে অধিক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে50,51। পরীক্ষাগুলোর জন্য ম্যাগনেসিয়াম ক্লোরাইড হেক্সাহাইড্রেট CAS-Nr.7791-18-6 বিশুদ্ধ ফার্মাসিউটিক্যাল গ্রেড (অ্যাপ্লিকেম জিএমবিএইচ., ডার্মস্ট্যাড, জার্মানি) ব্যবহার করা হয়েছিল।
উপরে যেমন উল্লেখ করা হয়েছে, অনুরূপ প্রয়োগে ইতিবাচক ফলাফলের কারণে হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ নির্বাচন করা হয়েছিল। আমাদের সংশ্লেষণে ব্যবহৃত উপাদানটি হলো হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ CAS-Nr 9004-62-0 (সিগমা অলড্রিচ, সেন্ট লুইস, এমও, ইউএসএ)।
ধাতব তন্তুগুলি ছোট ছোট তারকে সংকোচন এবং সিন্টারিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে একসাথে জুড়ে দিয়ে তৈরি করা হয়, যা ক্রুসিবল মেল্ট এক্সট্র্যাকশন (CME)52 নামে পরিচিত। এর মানে হল যে, এদের তাপ পরিবাহিতা কেবল উৎপাদনে ব্যবহৃত ধাতুগুলির সামগ্রিক পরিবাহিতা এবং চূড়ান্ত কাঠামোর ছিদ্রময়তার উপরই নির্ভর করে না, বরং সুতাগুলির মধ্যেকার বন্ধনের গুণমানের উপরও নির্ভর করে। তন্তুগুলি আইসোট্রপিক নয় এবং উৎপাদনের সময় একটি নির্দিষ্ট দিকে ছড়িয়ে পড়ার প্রবণতা দেখায়, যা অনুপ্রস্থ দিকে তাপ পরিবাহিতা অনেক কমিয়ে দেয়।
একটি ভ্যাকুয়াম প্যাকেজে (Netzsch TG 209 F1 Libra) যুগপৎ থার্মোগ্র্যাভিমেট্রিক অ্যানালাইসিস (TGA)/ডিফারেনশিয়াল থার্মোগ্র্যাভিমেট্রিক অ্যানালাইসিস (DTG) ব্যবহার করে জল শোষণ ধর্মাবলি পরীক্ষা করা হয়েছিল। অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড ক্রুসিবলে, প্রতি মিনিটে ১০ মিলিলিটার প্রবাহ হারে এবং ২৫ থেকে ১৫০° সেলসিয়াস তাপমাত্রার পরিসরে একটি প্রবাহিত নাইট্রোজেন পরিবেশে পরিমাপগুলো করা হয়েছিল। উত্তাপনের হার ছিল প্রতি মিনিটে ১ °C, নমুনার ওজন ১০ থেকে ২০ মিলিগ্রাম পর্যন্ত পরিবর্তিত হয়েছিল এবং রেজোলিউশন ছিল ০.১ মাইক্রোগ্রাম। এই গবেষণায়, এটি উল্লেখ্য যে প্রতি একক পৃষ্ঠতলের ভরের পার্থক্যে একটি বড় অনিশ্চয়তা রয়েছে। TGA-DTG-তে ব্যবহৃত নমুনাগুলো খুব ছোট এবং অনিয়মিতভাবে কাটা, যা তাদের ক্ষেত্রফল নির্ধারণকে নির্ভুল করে তোলে। এই মানগুলো শুধুমাত্র তখনই একটি বৃহত্তর ক্ষেত্রফলের জন্য এক্সট্রাপোলেট করা যেতে পারে, যদি বড় বিচ্যুতিগুলো বিবেচনায় নেওয়া হয়।
একটি ব্রুকার ভার্টেক্স ৮০ ভি এফটিআর স্পেকট্রোমিটার (ব্রুকার অপটিক জিএমবিএইচ, লিপজিগ, জার্মানি) ব্যবহার করে একটি এটিআর প্ল্যাটিনাম অ্যাক্সেসরি (ব্রুকার অপটিক জিএমবিএইচ, জার্মানি) দ্বারা অ্যাটেনিউয়েটেড টোটাল রিফ্লেকশন ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম ইনফ্রারেড (এটিআর-এফটিআর) স্পেকট্রা সংগ্রহ করা হয়েছিল। পরীক্ষামূলক পরিমাপের জন্য নমুনাগুলিকে ব্যাকগ্রাউন্ড হিসাবে ব্যবহার করার আগে, বিশুদ্ধ শুষ্ক হীরার স্ফটিকের স্পেকট্রা সরাসরি ভ্যাকুয়ামে পরিমাপ করা হয়েছিল। নমুনাগুলি ভ্যাকুয়ামে ২ সেমি⁻¹ স্পেকট্রাল রেজোলিউশন এবং ৩২টি গড় স্ক্যান সংখ্যা ব্যবহার করে পরিমাপ করা হয়েছিল। তরঙ্গসংখ্যার পরিসর ছিল ৮০০০ থেকে ৫০০ সেমি⁻¹। স্পেকট্রাল বিশ্লেষণ OPUS প্রোগ্রাম ব্যবহার করে করা হয়েছিল।
জাইস (Zeiss)-এর একটি ডিএসএম ৯৮২ জেমিনি (DSM 982 Gemini) ব্যবহার করে ২ এবং ৫ কেভি (kV) ত্বরণ ভোল্টেজে এসইএম (SEM) বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। একটি পেলটিয়ার শীতলীকৃত সিলিকন ড্রিফট ডিটেক্টর (SSD) সহ থার্মো ফিশার সিস্টেম ৭ (Thermo Fischer System 7) ব্যবহার করে শক্তি বিচ্ছুরণকারী এক্স-রে স্পেকট্রোস্কোপি (EDX) করা হয়েছিল।
৫৩ নং অনুচ্ছেদে বর্ণিত পদ্ধতির অনুরূপভাবে ধাতব পাতগুলো প্রস্তুত করা হয়েছিল। প্রথমে, পাতটিকে ৫০% সালফিউরিক অ্যাসিডে ১৫ মিনিটের জন্য ডুবিয়ে রাখা হয়। তারপর সেগুলোকে প্রায় ১০ সেকেন্ডের জন্য ১ M সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড দ্রবণে রাখা হয়। এরপর নমুনাগুলোকে প্রচুর পরিমাণে পাতিত জল দিয়ে ধুয়ে ৩০ মিনিটের জন্য পাতিত জলে ভিজিয়ে রাখা হয়। প্রাথমিক পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়াকরণের পর, নমুনাগুলোকে ৩% HEC এবং টার্গেট সল্টের একটি সম্পৃক্ত দ্রবণে ডুবিয়ে রাখা হয়। সবশেষে, সেগুলোকে বের করে ৬০°C তাপমাত্রায় শুকানো হয়।
অ্যানোডাইজিং পদ্ধতি নিষ্ক্রিয় ধাতুর উপর থাকা প্রাকৃতিক অক্সাইড স্তরকে উন্নত ও শক্তিশালী করে। অ্যালুমিনিয়াম প্যানেলগুলোকে শক্ত অবস্থায় সালফিউরিক অ্যাসিড দিয়ে অ্যানোডাইজ করা হয়েছিল এবং তারপর গরম জলে সিল করা হয়েছিল। অ্যানোডাইজিং প্রক্রিয়াটি প্রথমে ১ মোল/লিটার NaOH (৬০০ সেকেন্ড) দিয়ে এচিং এবং তারপরে ১ মোল/লিটার HNO3 (৬০ সেকেন্ড) দিয়ে নিউট্রালাইজেশনের মাধ্যমে সম্পন্ন করা হয়। ইলেকট্রোলাইট দ্রবণটি হলো ২.৩ মোলার H2SO4, ০.০১ মোলার Al2(SO4)3, এবং ১ মোলার MgSO4 + 7H2O-এর একটি মিশ্রণ। অ্যানোডাইজিং প্রক্রিয়াটি (৪০ ± ১)° সেলসিয়াস তাপমাত্রায়, ৩০ মিলিঅ্যাম্পিয়ার/বর্গ সেন্টিমিটার কারেন্টে ১২০০ সেকেন্ড ধরে সম্পন্ন করা হয়েছিল। উপকরণ অংশে বর্ণিত বিভিন্ন ব্রাইন দ্রবণে (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2) সিল করার প্রক্রিয়াটি সম্পন্ন করা হয়। নমুনাটিকে এই দ্রবণে ১৮০০ সেকেন্ড ধরে ফোটানো হয়।
কম্পোজিট তৈরির তিনটি ভিন্ন পদ্ধতি নিয়ে গবেষণা করা হয়েছে: আঠালো প্রলেপ, সরাসরি বিক্রিয়া এবং পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়াকরণ। প্রতিটি প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতির সুবিধা ও অসুবিধাগুলো পদ্ধতিগতভাবে বিশ্লেষণ ও আলোচনা করা হয়েছে। ফলাফল মূল্যায়নের জন্য সরাসরি পর্যবেক্ষণ, ন্যানোইমেজিং এবং রাসায়নিক/মৌলিক বিশ্লেষণ ব্যবহার করা হয়েছে।
লবণ হাইড্রেটের আসঞ্জন বাড়ানোর জন্য একটি রূপান্তর পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতি হিসেবে অ্যানোডাইজিংকে বেছে নেওয়া হয়েছিল। এই পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়াকরণ সরাসরি অ্যালুমিনিয়ামের পৃষ্ঠে অ্যালুমিনার (অ্যালুমিনা) একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো তৈরি করে। ঐতিহ্যগতভাবে, এই পদ্ধতিটি দুটি পর্যায়ে সম্পন্ন হয়: প্রথম পর্যায়ে অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডের একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো তৈরি করা হয় এবং দ্বিতীয় পর্যায়ে অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রোক্সাইডের একটি প্রলেপ তৈরি করা হয় যা ছিদ্রগুলিকে বন্ধ করে দেয়। গ্যাসীয় দশার প্রবেশে বাধা না দিয়ে লবণকে আটকে রাখার দুটি পদ্ধতি নিচে দেওয়া হলো। প্রথম পদ্ধতিটি একটি হানিকম্ব সিস্টেম নিয়ে গঠিত, যেখানে প্রথম ধাপে প্রাপ্ত ছোট অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (Al2O3) টিউবগুলি অধিশোষক স্ফটিকগুলিকে ধরে রাখে এবং ধাতব পৃষ্ঠে এর আসঞ্জন বাড়ায়। ফলস্বরূপ হানিকম্বগুলির ব্যাস প্রায় ৫০ ন্যানোমিটার এবং দৈর্ঘ্য ২০০ ন্যানোমিটার হয় (চিত্র ১ক)। পূর্বে যেমন উল্লেখ করা হয়েছে, এই গহ্বরগুলি সাধারণত দ্বিতীয় ধাপে অ্যালুমিনা টিউব ফুটন্ত প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সমর্থিত Al2O(OH)2 বোহমাইটের একটি পাতলা স্তর দিয়ে বন্ধ করা হয়। দ্বিতীয় পদ্ধতিতে, এই সিলিং প্রক্রিয়াটিকে এমনভাবে পরিবর্তন করা হয় যাতে লবণের স্ফটিকগুলি বোহমাইটের (Al2O(OH)) একটি সুষম আচ্ছাদন স্তরে আবদ্ধ হয়, যা এক্ষেত্রে সিলিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয় না। দ্বিতীয় পর্যায়টি সংশ্লিষ্ট লবণের একটি সম্পৃক্ত দ্রবণে সম্পন্ন করা হয়। বর্ণিত প্যাটার্নগুলির আকার ৫০-১০০ ন্যানোমিটারের মধ্যে থাকে এবং দেখতে ছিটকে পড়া ফোঁটার মতো লাগে (চিত্র ১খ)। সিলিং প্রক্রিয়ার ফলে প্রাপ্ত পৃষ্ঠটিতে একটি বর্ধিত সংস্পর্শ ক্ষেত্রসহ সুস্পষ্ট স্থানিক কাঠামো থাকে। এই পৃষ্ঠের প্যাটার্ন, এর বিভিন্ন বন্ধন বিন্যাসসহ, লবণের স্ফটিক বহন ও ধরে রাখার জন্য আদর্শ। বর্ণিত উভয় কাঠামোই প্রকৃত অর্থে ছিদ্রযুক্ত বলে মনে হয় এবং এতে ছোট ছোট গহ্বর রয়েছে যা অ্যাডসরবারের কার্যকারিতার সময় সল্ট হাইড্রেট ধরে রাখতে এবং লবণে বাষ্প শোষণ করার জন্য বেশ উপযুক্ত বলে প্রতীয়মান হয়। তবে, EDX ব্যবহার করে এই পৃষ্ঠগুলির মৌলীয় বিশ্লেষণে বোহমাইটের পৃষ্ঠে অতি সামান্য পরিমাণে ম্যাগনেসিয়াম এবং সালফার সনাক্ত করা যায়, যা অ্যালুমিনার পৃষ্ঠের ক্ষেত্রে সনাক্ত করা যায় না।
নমুনাটির ATR-FTIR নিশ্চিত করেছে যে মৌলটি ছিল ম্যাগনেসিয়াম সালফেট (চিত্র 2b দেখুন)। স্পেকট্রামটি 610–680 এবং 1080–1130 cm–1 এ বৈশিষ্ট্যসূচক সালফেট আয়ন পিক এবং 1600–1700 cm–1 এবং 3200–3800 cm–1 এ বৈশিষ্ট্যসূচক ল্যাটিস ওয়াটার পিক দেখায় (চিত্র 2a, c দেখুন)। ম্যাগনেসিয়াম আয়নের উপস্থিতি স্পেকট্রামকে প্রায় পরিবর্তন করে না54।
(ক) বোহমাইট প্রলেপযুক্ত একটি MgSO4 অ্যালুমিনিয়াম পাতের EDX, (খ) বোহমাইট এবং MgSO4 প্রলেপের ATR-FTIR স্পেকট্রা, (গ) বিশুদ্ধ MgSO4-এর ATR-FTIR স্পেকট্রা।
TGA দ্বারা শোষণ দক্ষতার ধারাবাহিকতা নিশ্চিত করা হয়েছে। চিত্র ৩খ-তে প্রায় ৬০°C তাপমাত্রায় একটি বিশোষণ শিখর দেখা যায়। এই শিখরটি বিশুদ্ধ লবণের TGA-তে পরিলক্ষিত দুটি শিখরের (চিত্র ৩ক) তাপমাত্রার সাথে সঙ্গতিপূর্ণ নয়। শোষণ-বিশোষণ চক্রের পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা মূল্যায়ন করা হয়েছিল, এবং নমুনাগুলিকে একটি আর্দ্র পরিবেশে রাখার পরেও একই বক্ররেখা পরিলক্ষিত হয়েছিল (চিত্র ৩গ)। বিশোষণের দ্বিতীয় পর্যায়ে পরিলক্ষিত পার্থক্যগুলি প্রবাহমান পরিবেশে পানিশূন্যকরণের ফল হতে পারে, কারণ এটি প্রায়শই অসম্পূর্ণ পানিশূন্যকরণের দিকে পরিচালিত করে। এই মানগুলি প্রথম পানিশূন্যকরণে প্রায় ১৭.৯ গ্রাম/বর্গমিটার এবং দ্বিতীয় পানিশূন্যকরণে ১০.৩ গ্রাম/বর্গমিটার-এর সাথে সঙ্গতিপূর্ণ।
বোহমাইট এবং MgSO4 এর TGA বিশ্লেষণের তুলনা: বিশুদ্ধ MgSO4 (ক), মিশ্রণ (খ) এবং পুনঃআর্দ্রকরণের পরে (গ) এর TGA বিশ্লেষণ।
অধিশোষক হিসেবে ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড ব্যবহার করে একই পদ্ধতি প্রয়োগ করা হয়েছিল। ফলাফল চিত্র ৪-এ উপস্থাপন করা হয়েছে। পৃষ্ঠতলের চাক্ষুষ পরিদর্শনে ধাতব দ্যুতিতে সামান্য পরিবর্তন লক্ষ্য করা গেছে। লোমটি প্রায় অদৃশ্য। SEM পৃষ্ঠতলের উপর সুষমভাবে বণ্টিত ছোট স্ফটিকের উপস্থিতি নিশ্চিত করেছে। তবে, TGA ১৫০°C-এর নিচে কোনো পানিশূন্যতা দেখায়নি। এর কারণ হতে পারে যে, TGA দ্বারা শনাক্ত করার জন্য সাবস্ট্রেটের মোট ভরের তুলনায় লবণের পরিমাণ খুবই কম।
অ্যানোডাইজিং পদ্ধতিতে কপার সালফেট আবরণের পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়াকরণের ফলাফল চিত্র ৫-এ দেখানো হয়েছে। এক্ষেত্রে, অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড কাঠামোতে CuSO4-এর প্রত্যাশিত অন্তর্ভুক্তি ঘটেনি। পরিবর্তে, আলগা সূঁচের মতো কণা দেখা গেছে, যেমনটি সাধারণত ফিরোজা রঙের রঞ্জকের সাথে ব্যবহৃত কপার হাইড্রোক্সাইড Cu(OH)2-এর ক্ষেত্রে দেখা যায়।
অ্যানোডাইজড পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়াকরণটি স্ট্রনশিয়াম ক্লোরাইডের সাথে একত্রেও পরীক্ষা করা হয়েছিল। ফলাফলে অসম আবরণ দেখা গেছে (চিত্র ৬ক দেখুন)। লবণটি সম্পূর্ণ পৃষ্ঠতলকে আবৃত করেছে কিনা তা নির্ধারণ করার জন্য, একটি EDX বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। ধূসর অঞ্চলের একটি বিন্দুর (চিত্র ৬খ-এর বিন্দু ১) বক্ররেখায় সামান্য স্ট্রনশিয়াম এবং প্রচুর অ্যালুমিনিয়াম দেখা যায়। এটি পরিমাপকৃত অঞ্চলে স্ট্রনশিয়ামের স্বল্প পরিমাণ নির্দেশ করে, যা ফলস্বরূপ স্ট্রনশিয়াম ক্লোরাইডের স্বল্প আবরণ নির্দেশ করে। বিপরীতভাবে, সাদা অঞ্চলগুলিতে স্ট্রনশিয়ামের উচ্চ পরিমাণ এবং অ্যালুমিনিয়ামের স্বল্প পরিমাণ রয়েছে (চিত্র ৬খ-এর বিন্দু ২-৬)। সাদা অঞ্চলের EDX বিশ্লেষণে গাঢ়তর বিন্দু দেখা যায় (চিত্র ৬খ-এর বিন্দু ২ এবং ৪), যেগুলিতে ক্লোরিনের পরিমাণ কম এবং সালফারের পরিমাণ বেশি। এটি স্ট্রনশিয়াম সালফেটের গঠন নির্দেশ করতে পারে। উজ্জ্বলতর বিন্দুগুলি উচ্চ ক্লোরিন পরিমাণ এবং কম সালফার পরিমাণ প্রতিফলিত করে (চিত্র ৬খ-এর বিন্দু ৩, ৫ এবং ৬)। এর ব্যাখ্যা এভাবে দেওয়া যায় যে, সাদা আস্তরণটির প্রধান অংশ প্রত্যাশিত স্ট্রনশিয়াম ক্লোরাইড দ্বারা গঠিত। নমুনাটির TGA বিশ্লেষণটি বিশুদ্ধ স্ট্রনশিয়াম ক্লোরাইডের বৈশিষ্ট্যসূচক তাপমাত্রায় একটি শীর্ষবিন্দুর মাধ্যমে বিশ্লেষণের ব্যাখ্যাকে নিশ্চিত করেছে (চিত্র ৬গ)। ধাতব আধারের ভরের তুলনায় লবণের পরিমাণ কম হওয়ায় এর ক্ষুদ্র মানকে যৌক্তিক বলে মনে করা যায়। পরীক্ষাগুলিতে নির্ধারিত বিশোষণ ভর ১৫০° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় অধিশোষকের প্রতি একক ক্ষেত্রফল থেকে নির্গত ৭.৩ গ্রাম/বর্গমিটার পরিমাণের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ।
ইলোক্সাল-চিকিৎসিত জিঙ্ক সালফেট আবরণও পরীক্ষা করা হয়েছিল। স্থূলভাবে, আবরণটি একটি খুব পাতলা এবং অভিন্ন স্তর (চিত্র ৭ক)। তবে, SEM পরীক্ষায় দেখা গেছে যে এর পৃষ্ঠতলটি ছোট ছোট স্ফটিক দ্বারা আবৃত এবং ফাঁকা স্থান দ্বারা পৃথকীকৃত (চিত্র ৭খ)। আবরণ এবং সাবস্ট্রেটের TGA-কে বিশুদ্ধ লবণের সাথে তুলনা করা হয়েছিল (চিত্র ৭গ)। বিশুদ্ধ লবণে ৫৯.১°C তাপমাত্রায় একটি অপ্রতিসম শিখর (peak) রয়েছে। প্রলিপ্ত অ্যালুমিনিয়ামে ৫৫.৫°C এবং ৬১.৩°C তাপমাত্রায় দুটি ছোট শিখর দেখা গেছে, যা জিঙ্ক সালফেট হাইড্রেটের উপস্থিতি নির্দেশ করে। পরীক্ষায় প্রাপ্ত ভরের পার্থক্যটি ১৫০°C ডিহাইড্রেশন তাপমাত্রায় ১০.৯ গ্রাম/বর্গমিটারের সমান।
পূর্ববর্তী অ্যাপ্লিকেশন৫৩-এর মতো, শোষক আবরণের আনুগত্য এবং স্থিতিশীলতা উন্নত করার জন্য হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ একটি বাইন্ডার হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছিল। TGA দ্বারা উপাদানের সামঞ্জস্যতা এবং শোষণ কর্মক্ষমতার উপর এর প্রভাব মূল্যায়ন করা হয়েছিল। বিশ্লেষণটি মোট ভরের সাপেক্ষে করা হয়, অর্থাৎ নমুনাটিতে আবরণের ভিত্তি হিসাবে ব্যবহৃত একটি ধাতব প্লেট অন্তর্ভুক্ত থাকে। ISO2409 স্পেসিফিকেশনে সংজ্ঞায়িত ক্রস নচ পরীক্ষার উপর ভিত্তি করে একটি পরীক্ষার মাধ্যমে আনুগত্য পরীক্ষা করা হয় (স্পেসিফিকেশনের পুরুত্ব এবং প্রস্থের উপর নির্ভর করে নচ পৃথকীকরণ স্পেসিফিকেশন পূরণ করা সম্ভব নাও হতে পারে)।
প্যানেলগুলিতে ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড (CaCl2) এর প্রলেপ দেওয়ার ফলে (চিত্র 8a দেখুন) অসম বন্টন দেখা যায়, যা ট্রান্সভার্স নচ পরীক্ষার জন্য ব্যবহৃত বিশুদ্ধ অ্যালুমিনিয়ামের প্রলেপে পরিলক্ষিত হয়নি। বিশুদ্ধ CaCl2 এর ফলাফলের তুলনায়, TGA (চিত্র 8b) দুটি বৈশিষ্ট্যসূচক শিখর দেখায় যা যথাক্রমে 40 এবং 20°C এর নিম্ন তাপমাত্রার দিকে সরে গেছে। ক্রস-সেকশন পরীক্ষা একটি বস্তুনিষ্ঠ তুলনার সুযোগ দেয় না কারণ বিশুদ্ধ CaCl2 নমুনা (চিত্র 8c-তে ডানদিকের নমুনা) একটি গুঁড়ো অধঃক্ষেপ, যা উপরের কণাগুলিকে সরিয়ে দেয়। HEC ফলাফল সন্তোষজনক আনুগত্য সহ একটি খুব পাতলা এবং অভিন্ন প্রলেপ দেখিয়েছে। চিত্র 8b-তে দেখানো ভরের পার্থক্যটি 150°C তাপমাত্রায় অ্যাডসরবারের প্রতি একক ক্ষেত্রফলে 51.3 g/m² এর সাথে সঙ্গতিপূর্ণ।
ম্যাগনেসিয়াম সালফেট (MgSO4) ব্যবহার করেও আনুগত্য এবং একরূপতার দিক থেকে ইতিবাচক ফলাফল পাওয়া গেছে (চিত্র ৯ দেখুন)। আবরণটির বিশোষণ প্রক্রিয়ার বিশ্লেষণে প্রায় ৬০°C তাপমাত্রায় একটি শীর্ষবিন্দুর উপস্থিতি দেখা গেছে। এই তাপমাত্রাটি বিশুদ্ধ লবণের ডিহাইড্রেশনে দেখা প্রধান বিশোষণ ধাপের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ, যা ৪৪°C তাপমাত্রায় আরেকটি ধাপকে নির্দেশ করে। এটি হেক্সাহাইড্রেট থেকে পেন্টাহাইড্রেটে রূপান্তরের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ এবং বাইন্ডারযুক্ত আবরণের ক্ষেত্রে এটি পরিলক্ষিত হয় না। প্রস্থচ্ছেদ পরীক্ষা থেকে দেখা যায় যে, বিশুদ্ধ লবণ ব্যবহার করে তৈরি আবরণের তুলনায় এর বন্টন এবং আনুগত্য উন্নত। TGA-DTC-তে পরিলক্ষিত ভরের পার্থক্যটি ১৫০°C তাপমাত্রায় অধিশোষকের প্রতি একক ক্ষেত্রফলে ১৮.৪ গ্রাম/বর্গমিটারের সমান।
পৃষ্ঠের অমসৃণতার কারণে, ফিনগুলোর উপর স্ট্রনশিয়াম ক্লোরাইডের (SrCl2) প্রলেপ অমসৃণ হয় (চিত্র ১০ক)। তবে, ট্রান্সভার্স নচ পরীক্ষার ফলাফল উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত আসঞ্জনসহ সুষম বন্টন দেখিয়েছে (চিত্র ১০গ)। টিজিএ বিশ্লেষণে ওজনে খুব সামান্য পার্থক্য দেখা গেছে, যা অবশ্যই ধাতব সাবস্ট্রেটের তুলনায় লবণের পরিমাণ কম থাকার কারণে হয়েছে। তবে, কার্ভের ধাপগুলো একটি ডিহাইড্রেশন প্রক্রিয়ার উপস্থিতি নির্দেশ করে, যদিও চূড়াটি বিশুদ্ধ লবণের বৈশিষ্ট্য নির্ণয়ের সময় প্রাপ্ত তাপমাত্রার সাথে সম্পর্কিত। চিত্র ১০খ-তে পরিলক্ষিত ১১০°C এবং ৭০.২°C-এর চূড়াগুলো বিশুদ্ধ লবণ বিশ্লেষণের সময়ও পাওয়া গিয়েছিল। তবে, বিশুদ্ধ লবণে ৫০°C তাপমাত্রায় পরিলক্ষিত প্রধান ডিহাইড্রেশন ধাপটি বাইন্ডার ব্যবহার করে প্রাপ্ত কার্ভগুলোতে প্রতিফলিত হয়নি। এর বিপরীতে, বাইন্ডার মিশ্রণটি ২০.২°C এবং ৯৪.১°C তাপমাত্রায় দুটি চূড়া দেখিয়েছে, যা বিশুদ্ধ লবণের ক্ষেত্রে পরিমাপ করা হয়নি (চিত্র ১০খ)। ১৫০ °C তাপমাত্রায়, পর্যবেক্ষণকৃত ভরের পার্থক্যটি অধিশোষকের প্রতি একক ক্ষেত্রফলে ৭.২ গ্রাম/বর্গমিটারের সমতুল্য।
HEC এবং জিঙ্ক সালফেট (ZnSO4)-এর সংমিশ্রণ গ্রহণযোগ্য ফলাফল দেয়নি (চিত্র ১১)। প্রলেপযুক্ত ধাতুর TGA বিশ্লেষণে কোনো ডিহাইড্রেশন প্রক্রিয়া প্রকাশ পায়নি। যদিও প্রলেপের বন্টন এবং আনুগত্য উন্নত হয়েছে, এর বৈশিষ্ট্যগুলি এখনও সর্বোত্তম অবস্থা থেকে অনেক দূরে।
ধাতব তন্তুকে একটি পাতলা ও অভিন্ন স্তরে আবৃত করার সবচেয়ে সহজ উপায় হলো ওয়েট ইমপ্রেগনেশন (চিত্র ১২ক), যার মধ্যে রয়েছে কাঙ্ক্ষিত লবণ প্রস্তুত করা এবং একটি জলীয় দ্রবণ দ্বারা ধাতব তন্তুকে সিক্ত করা।
ওয়েট ইমপ্রেগনেশনের প্রস্তুতি নেওয়ার সময় দুটি প্রধান সমস্যার সম্মুখীন হতে হয়। একদিকে, স্যালাইন দ্রবণের পৃষ্ঠটান ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর মধ্যে তরলের সঠিক অন্তর্ভুক্তিতে বাধা দেয়। বাইরের পৃষ্ঠে কেলাস গঠন (চিত্র ১২ডি) এবং কাঠামোর ভিতরে আটকে থাকা বায়ু বুদবুদ (চিত্র ১২সি) শুধুমাত্র পৃষ্ঠটান কমিয়ে এবং পাতিত জল দিয়ে নমুনাটিকে আগে থেকে ভিজিয়ে নেওয়ার মাধ্যমে কমানো যেতে পারে। কাঠামোর সম্পূর্ণ ভরাট নিশ্চিত করার জন্য, ভিতরের বাতাস বের করে দিয়ে অথবা কাঠামোর মধ্যে দ্রবণের প্রবাহ তৈরি করে নমুনায় বলপূর্বক দ্রবণ ঘটানো অন্যান্য কার্যকর উপায়।
প্রস্তুতির সময় সম্মুখীন হওয়া দ্বিতীয় সমস্যাটি ছিল লবণের একটি অংশ থেকে পাতলা আবরণটি অপসারণ করা (চিত্র ১২খ দেখুন)। এই ঘটনাটির বৈশিষ্ট্য হলো দ্রবীভূত হওয়ার পৃষ্ঠে একটি শুষ্ক আস্তরণ তৈরি হওয়া, যা পরিচলন-উদ্দীপিত শুষ্ককরণ প্রক্রিয়াকে থামিয়ে দেয় এবং ব্যাপন-উদ্দীপিত প্রক্রিয়া শুরু করে। দ্বিতীয় প্রক্রিয়াটি প্রথমটির চেয়ে অনেক ধীর। ফলে, একটি যুক্তিসঙ্গত শুষ্ককরণ সময়ের জন্য উচ্চ তাপমাত্রার প্রয়োজন হয়, যা নমুনার ভিতরে বুদবুদ তৈরির ঝুঁকি বাড়িয়ে দেয়। এই সমস্যাটি সমাধান করা হয় ঘনত্বের পরিবর্তন (বাষ্পীভবন)-এর উপর ভিত্তি করে নয়, বরং তাপমাত্রার পরিবর্তনের উপর ভিত্তি করে স্ফটিকীকরণের একটি বিকল্প পদ্ধতি প্রবর্তনের মাধ্যমে (যেমন চিত্র ১৩-তে MgSO4-এর উদাহরণে দেখানো হয়েছে)।
MgSO4 ব্যবহার করে শীতলীকরণ এবং কঠিন ও তরল দশার পৃথকীকরণ চলাকালীন স্ফটিকীকরণ প্রক্রিয়ার রেখাচিত্র।
এই পদ্ধতি ব্যবহার করে কক্ষ তাপমাত্রায় (HT) বা তার উপরে সম্পৃক্ত লবণের দ্রবণ প্রস্তুত করা যায়। প্রথম ক্ষেত্রে, তাপমাত্রা কক্ষ তাপমাত্রার নিচে নামিয়ে এনে স্ফটিকীকরণ ঘটানো হয়। দ্বিতীয় ক্ষেত্রে, নমুনাটিকে কক্ষ তাপমাত্রায় (RT) ঠান্ডা করার সময় স্ফটিকীকরণ ঘটে। এর ফলে স্ফটিক (B) এবং দ্রবীভূত (A)-এর একটি মিশ্রণ তৈরি হয়, যার তরল অংশ সংকুচিত বায়ু দ্বারা অপসারণ করা হয়। এই পদ্ধতিটি কেবল এই হাইড্রেটগুলির উপর একটি স্তর তৈরি হওয়া এড়ায় না, বরং অন্যান্য যৌগ প্রস্তুত করার জন্য প্রয়োজনীয় সময়ও কমিয়ে দেয়। তবে, সংকুচিত বায়ু দ্বারা তরল অপসারণের ফলে লবণের অতিরিক্ত স্ফটিকীকরণ ঘটে, যার ফলে একটি পুরু আবরণ তৈরি হয়।
ধাতব পৃষ্ঠে প্রলেপ দেওয়ার জন্য ব্যবহৃত হতে পারে এমন আরেকটি পদ্ধতি হলো রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে সরাসরি কাঙ্ক্ষিত লবণ উৎপাদন করা। আমাদের পূর্ববর্তী গবেষণায় যেমনটি উল্লেখ করা হয়েছে, ফিন এবং টিউবের ধাতব পৃষ্ঠে অ্যাসিডের বিক্রিয়ার মাধ্যমে তৈরি প্রলেপযুক্ত হিট এক্সচেঞ্জারগুলোর বেশ কিছু সুবিধা রয়েছে। বিক্রিয়ার সময় গ্যাস তৈরি হওয়ার কারণে ফাইবারের ক্ষেত্রে এই পদ্ধতির প্রয়োগ খুব খারাপ ফল দিয়েছে। প্রোবের ভিতরে হাইড্রোজেন গ্যাসের বুদবুদের চাপ তৈরি হয় এবং উৎপাদিত পদার্থটি নির্গত হওয়ার সাথে সাথে তা স্থানান্তরিত হয় (চিত্র ১৪ক)।
আবরণের পুরুত্ব এবং বন্টন আরও ভালোভাবে নিয়ন্ত্রণ করার জন্য একটি রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে আবরণটিকে পরিবর্তন করা হয়েছে। এই পদ্ধতিতে নমুনার মধ্য দিয়ে একটি অ্যাসিড কুয়াশার ধারা চালনা করা হয় (চিত্র ১৪খ)। আশা করা যায় যে, এটি অধঃধাতুর সাথে বিক্রিয়া করে একটি অভিন্ন আবরণ তৈরি করবে। ফলাফল সন্তোষজনক ছিল, কিন্তু প্রক্রিয়াটি এতটাই ধীর ছিল যে এটিকে একটি কার্যকর পদ্ধতি হিসেবে বিবেচনা করা যায় না (চিত্র ১৪গ)। স্থানিক তাপ প্রয়োগের মাধ্যমে বিক্রিয়ার সময় আরও কমানো যেতে পারে।
উপরোক্ত পদ্ধতিগুলোর অসুবিধাগুলো কাটিয়ে ওঠার জন্য, আঠা ব্যবহারের উপর ভিত্তি করে একটি আবরণ পদ্ধতি নিয়ে গবেষণা করা হয়েছে। পূর্ববর্তী বিভাগে উপস্থাপিত ফলাফলের উপর ভিত্তি করে HEC নির্বাচন করা হয়েছিল। সমস্ত নমুনা ৩% ওজন অনুপাতে প্রস্তুত করা হয়েছিল। বাইন্ডারটি লবণের সাথে মেশানো হয়। রিবগুলোর জন্য ব্যবহৃত একই পদ্ধতি অনুসারে ফাইবারগুলোকে প্রিট্রিট করা হয়েছিল, অর্থাৎ প্রথমে ১৫ মিনিটের জন্য ৫০% আয়তন অনুপাতে সালফিউরিক অ্যাসিডে ভিজিয়ে রাখা, তারপর ২০ সেকেন্ডের জন্য সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইডে ভিজিয়ে রাখা, পাতিত জলে ধুয়ে নেওয়া এবং সবশেষে ৩০ মিনিটের জন্য পাতিত জলে ভিজিয়ে রাখা। এক্ষেত্রে, ইমপ্রেগনেশনের আগে একটি অতিরিক্ত ধাপ যোগ করা হয়েছিল। নমুনাটিকে অল্প সময়ের জন্য একটি হালকা টার্গেট সল্ট দ্রবণে ডুবিয়ে প্রায় ৬০° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় শুকানো হয়। এই প্রক্রিয়াটি ধাতুর পৃষ্ঠকে পরিবর্তন করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে, যা নিউক্লিয়েশন সাইট তৈরি করে এবং চূড়ান্ত পর্যায়ে আবরণের বিতরণ উন্নত করে। তন্তুময় কাঠামোর একপাশে ফিলামেন্টগুলো পাতলা এবং ঘনসন্নিবিষ্ট থাকে, এবং বিপরীত দিকে ফিলামেন্টগুলো মোটা ও কম বিস্তৃত থাকে। এটি ৫২টি উৎপাদন প্রক্রিয়ার ফলাফল।
ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড (CaCl2)-এর ফলাফলগুলো সারণি ১-এ ছবিসহ সংক্ষিপ্ত আকারে তুলে ধরা হয়েছে। ইনোকুলেশনের পর ভালো আবরণ তৈরি হয়েছে। এমনকি যে তন্তুগুলোর পৃষ্ঠে কোনো দৃশ্যমান স্ফটিক ছিল না, সেগুলোতেও ধাতব প্রতিফলন কমে গিয়েছিল, যা ফিনিশের পরিবর্তন নির্দেশ করে। তবে, নমুনাগুলোকে CaCl2 এবং HEC-এর একটি জলীয় মিশ্রণ দিয়ে সিক্ত করার পর এবং প্রায় ৬০° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় শুকানোর পর, আবরণগুলো কাঠামোগুলোর সংযোগস্থলে কেন্দ্রীভূত হয়েছিল। এটি দ্রবণের পৃষ্ঠটানের কারণে সৃষ্ট একটি প্রভাব। ভেজানোর পর, তরলটি তার পৃষ্ঠটানের কারণে নমুনার ভিতরে থেকে যায়। মূলত এটি কাঠামোগুলোর সংযোগস্থলে ঘটে। নমুনাটির সবচেয়ে ভালো দিকে লবণ দ্বারা পূর্ণ বেশ কয়েকটি ছিদ্র রয়েছে। আবরণ দেওয়ার পর ওজন ০.০৬ গ্রাম/ঘন সেন্টিমিটার বৃদ্ধি পেয়েছে।
ম্যাগনেসিয়াম সালফেট (MgSO4) দিয়ে প্রলেপ দেওয়ার ফলে প্রতি একক আয়তনে বেশি লবণ উৎপন্ন হয়েছে (সারণী ২)। এক্ষেত্রে, পরিমাপকৃত বৃদ্ধি হলো ০.০৯ গ্রাম/ঘন সেন্টিমিটার। সিডিং প্রক্রিয়ার ফলে নমুনাটি ব্যাপকভাবে আবৃত হয়েছে। প্রলেপ দেওয়ার প্রক্রিয়ার পরে, লবণ নমুনাটির পাতলা দিকের বড় অংশ অবরুদ্ধ করে দেয়। এছাড়াও, ম্যাট পৃষ্ঠের কিছু অংশ অবরুদ্ধ হয়, কিন্তু কিছু ছিদ্রময়তা বজায় থাকে। এক্ষেত্রে, গঠনগুলোর সংযোগস্থলে লবণের গঠন সহজেই লক্ষ্য করা যায়, যা নিশ্চিত করে যে প্রলেপ দেওয়ার প্রক্রিয়াটি মূলত তরলের পৃষ্ঠটানের কারণে ঘটে, লবণ এবং ধাতব আধারের মধ্যে মিথস্ক্রিয়ার ফলে নয়।
স্ট্রনশিয়াম ক্লোরাইড (SrCl2) এবং HEC-এর মিশ্রণের ফলাফল পূর্ববর্তী উদাহরণগুলোর অনুরূপ বৈশিষ্ট্য দেখিয়েছে (সারণী ৩)। এক্ষেত্রে, নমুনার পাতলা দিকটি প্রায় সম্পূর্ণরূপে আবৃত থাকে। কেবল বিচ্ছিন্ন ছিদ্রগুলো দৃশ্যমান, যা শুকানোর সময় নমুনা থেকে বাষ্প নির্গমনের ফলে তৈরি হয়। অনুজ্জ্বল দিকে পরিলক্ষিত বিন্যাসটি পূর্ববর্তী ক্ষেত্রের মতোই, এলাকাটি লবণ দ্বারা অবরুদ্ধ এবং তন্তুগুলো সম্পূর্ণরূপে আবৃত নয়।
হিট এক্সচেঞ্জারের তাপীয় কর্মক্ষমতার উপর তন্তুময় কাঠামোর ইতিবাচক প্রভাব মূল্যায়ন করার জন্য, প্রলেপযুক্ত তন্তুময় কাঠামোর কার্যকর তাপ পরিবাহিতা নির্ণয় করা হয়েছিল এবং বিশুদ্ধ প্রলেপ উপাদানের সাথে এর তুলনা করা হয়েছিল। চিত্র 15a-তে দেখানো ফ্ল্যাট প্যানেল ডিভাইস ব্যবহার করে এবং জ্ঞাত তাপ পরিবাহিতা সম্পন্ন একটি রেফারেন্স উপাদান দিয়ে ASTM D 5470-2017 অনুযায়ী তাপ পরিবাহিতা পরিমাপ করা হয়েছিল। অন্যান্য ক্ষণস্থায়ী পরিমাপ পদ্ধতির তুলনায়, এই নীতিটি বর্তমান গবেষণায় ব্যবহৃত ছিদ্রযুক্ত পদার্থগুলোর জন্য সুবিধাজনক, কারণ পরিমাপগুলো একটি স্থির অবস্থায় এবং পর্যাপ্ত আকারের নমুনা (ভূমির ক্ষেত্রফল ৩০ × ৩০ মিমি², উচ্চতা প্রায় ১৫ মিমি) ব্যবহার করে করা হয়। অ্যানাইসোট্রপিক তাপ পরিবাহিতার প্রভাব মূল্যায়ন করার জন্য, বিশুদ্ধ প্রলেপ উপাদান (রেফারেন্স) এবং প্রলেপযুক্ত তন্তু কাঠামোর নমুনাগুলো তন্তুর দিকে এবং তন্তুর দিকের সাথে লম্বভাবে পরিমাপের জন্য প্রস্তুত করা হয়েছিল। নমুনা প্রস্তুতির কারণে সৃষ্ট পৃষ্ঠের অমসৃণতার প্রভাব কমানোর জন্য নমুনাগুলোর পৃষ্ঠভাগ ঘষে মসৃণ করা হয়েছিল (P320 গ্রিট), কারণ এই অমসৃণতা নমুনার ভেতরের কাঠামোকে প্রতিফলিত করে না।