Dankon pro vizito de Nature.com.La retumila versio, kiun vi uzas, havas limigitan CSS-subtenon.Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu Kongruo-Reĝimon en Internet Explorer).Intertempe, por certigi daŭran subtenon, ni redonos la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
La merkatparto de adsorbaj fridigaj sistemoj kaj varmopumpiloj estas ankoraŭ relative malgranda kompare kun tradiciaj kompresorsistemoj.Malgraŭ la grandega avantaĝo de uzado de malmultekosta varmo (anstataŭ multekosta elektra laboro), la efektivigo de sistemoj bazitaj sur adsorbadprincipoj ankoraŭ estas limigita al kelkaj specifaj aplikoj.La ĉefa malavantaĝo, kiu devas esti eliminita, estas la malkresko de specifa potenco pro malalta varmokondukteco kaj malalta stabileco de la adsorbanto.Nuna pintnivela komercaj adsorbaj fridigsistemoj estas bazitaj sur adsorbiloj bazitaj sur platvarmointerŝanĝiloj kovritaj por optimumigi malvarmigan kapaciton.La rezultoj estas konataj, ke malpliigi la dikecon de la tegaĵo kondukas al malkresko de la amastransiga impedanco, kaj pliigi la surfacareon al volumena proporcio de la konduktaj strukturoj pliigas potencon sen endanĝerigi efikecon.La metalaj fibroj uzitaj en ĉi tiu laboro povas disponigi specifan surfacareon en la intervalo de 2500-50,000 m2/m3.Tri metodoj por akirado de tre maldikaj sed stabilaj tegaĵoj de salhidratoj sur metalaj surfacoj, inkluzive de metalaj fibroj, por la produktado de tegaĵoj montras unuafoje alt-potencan densecan varmointerŝanĝilon.La surfaca traktado bazita sur aluminia anodizado estas elektita por krei pli fortan ligon inter la tegaĵo kaj la substrato.La mikrostrukturo de la rezulta surfaco estis analizita uzante skanan elektronan mikroskopion.Reduktita totala reflektado Fourier transformita infraruĝa spektroskopio kaj energidisvastiga Rentgenfota spektroskopio estis uzataj por kontroli la ĉeeston de la dezirata specio en la analizo.Ilia kapablo formi hidratojn estis konfirmita per kombinita termogravimetra analizo (TGA)/diferenciga termogravimetra analizo (DTG).Malbonkvalito pli ol 0.07 g (akvo)/g (kunmetaĵo) estis trovita en la MgSO4-tegaĵo, montrante signojn de dehidratiĝo je proksimume 60 °C kaj reprodukteblaj post rehidratiĝo.Pozitivaj rezultoj ankaŭ estis akiritaj kun SrCl2 kaj ZnSO4 kun masdiferenco de proksimume 0.02 g/g sub 100 °C.Hidroksietilcelulozo estis elektita kiel aldonaĵo por pliigi la stabilecon kaj adheron de la tegaĵo.La adsorbaj propraĵoj de la produktoj estis taksitaj per samtempa TGA-DTG kaj ilia aliĝo estis karakterizita per metodo bazita sur la provoj priskribitaj en ISO2409.La konsistenco kaj adhero de la CaCl2-tegaĵo estas signife plibonigitaj konservante sian adsorbadkapaciton kun pezdiferenco de proksimume 0.1 g/g ĉe temperaturoj sub 100 °C.Krome, MgSO4 retenas la kapablon formi hidratojn, montrante masdiferencon de pli ol 0.04 g/g ĉe temperaturoj sub 100 °C.Finfine, tegitaj metalfibroj estas ekzamenitaj.La rezultoj montras, ke la efika varmokondukteco de la fibra strukturo kovrita per Al2(SO4)3 povas esti 4.7 fojojn pli alta kompare kun la volumeno de pura Al2(SO4)3.La tegaĵo de la studitaj tegaĵoj estis ekzamenita vide, kaj la interna strukturo estis taksita uzante mikroskopan bildon de la sekcoj.Tegaĵo de Al2(SO4)3 kun dikeco de proksimume 50 µm estis akirita, sed la totala procezo devas esti optimumigita por atingi pli unuforman distribuon.
Adsorbaj sistemoj gajnis multan atenton dum la lastaj jardekoj, ĉar ili provizas ekologian alternativon al tradiciaj kunpremaj varmopumpiloj aŭ fridigaj sistemoj.Kun altiĝantaj komfortnormoj kaj tutmondaj averaĝaj temperaturoj, adsorbaj sistemoj povas redukti dependecon de fosiliaj fueloj en proksima estonteco.Krome, ĉiuj plibonigoj en adsorbada fridigo aŭ varmopumpiloj povas esti transdonitaj al varmoenergiostokado, kiu reprezentas plian pliiĝon en la potencialo por efika uzo de primara energio.La ĉefa avantaĝo de adsorbaj varmopumpiloj kaj fridigaj sistemoj estas, ke ili povas funkcii kun malalta varmomaso.Ĉi tio igas ilin taŭgaj por fontoj de malalta temperaturo kiel sunenergio aŭ malŝpara varmo.Koncerne al energistokado-aplikoj, adsorbado havas la avantaĝon de pli alta energidenseco kaj malpli energia disipado kompare kun prudenta aŭ latenta varmostokado.
Adsorbaj varmopumpiloj kaj fridigsistemoj sekvas la saman termodinamikan ciklon kiel siaj vaporkunpremadekvivalentoj.La ĉefa diferenco estas la anstataŭigo de kompresorkomponentoj kun adsorbiloj.La elemento povas adsorbi malaltpreman fridigvaporon ĉe moderaj temperaturoj, vaporigante pli da fridigaĵo eĉ kiam la likvaĵo estas malvarma.Estas necese certigi konstantan malvarmigon de la adsorbilo por ekskludi la entalpion de adsorbado (eksotermo).La adsorbilo estas regenerita ĉe alta temperaturo, igante la fridigvaporon malsorbiĝi.Hejtado devas daŭri disponigi la entalpion de malsorbado (endoterma).Ĉar adsorbadprocezoj estas karakterizitaj per temperaturŝanĝoj, alta potencodenseco postulas altan termikan konduktivecon.Tamen, malalta varmokondukteco estas senkompare la ĉefa malavantaĝo en la plej multaj aplikoj.
La ĉefproblemo de kondukteco estas pliigi sian mezan valoron konservante la transportpadon kiu disponigas la fluon de adsorbado/malsorbadvaporoj.Du aliroj estas ofte uzataj por atingi tion: kunmetitaj varmointerŝanĝiloj kaj kovritaj varmointerŝanĝiloj.La plej popularaj kaj sukcesaj kompozitaj materialoj estas tiuj, kiuj uzas karbon-bazitajn aldonaĵojn, nome vastigitan grafiton, aktivan karbonon aŭ karbonfibrojn.Oliveira et al.2 impregnita vastigita grafita pulvoro kun kalcia klorido por produkti adsorbilon kun specifa malvarmiga kapacito (SCP) de ĝis 306 W/kg kaj koeficiento de rendimento (COP) de ĝis 0,46.Zajaczkowski et al.3 proponis kombinaĵon de vastigita grafito, karbonfibro kaj kalcia klorido kun totala kondukteco de 15 W/mK.Jian et al4 testis kunmetaĵojn kun sulfata acido traktita vastigita natura grafito (ENG-TSA) kiel substrato en duetapa adsorba malvarmiga ciklo.La modelo antaŭdiris COP de 0,215 ĝis 0,285 kaj SCP de 161,4 ĝis 260,74 W/kg.
Senkompare la plej realigebla solvo estas la kovrita varmointerŝanĝilo.La tegaj mekanismoj de ĉi tiuj varmointerŝanĝiloj povas esti dividitaj en du kategoriojn: rekta sintezo kaj gluoj.La plej sukcesa metodo estas rekta sintezo, kiu implikas la formadon de adsorbaj materialoj rekte sur la surfaco de varmointerŝanĝiloj el la taŭgaj reakciiloj.Sotech5 patentis metodon por sintezi tegitan zeoliton por uzo en serio de malvarmigiloj produktitaj fare de Fahrenheit GmbH.Schnabel et al6 testis la agadon de du zeolitoj kovritaj sur neoksidebla ŝtalo.Tamen, ĉi tiu metodo funkcias nur kun specifaj adsorbantoj, kio faras tegaĵon per gluoj interesa alternativo.Ligiloj estas pasivaj substancoj elektitaj por apogi sorban adheron kaj/aŭ amastranslokigon, sed ludas neniun rolon en adsorbado aŭ konduktivecpliigo.Freni et al.7 tegitaj aluminiaj varmointerŝanĝiloj kun AQSOA-Z02 zeolito stabiligita per argil-bazita ligilo.Calabrese et al.8 studis la preparadon de zeolitaj tegaĵoj kun polimeraj ligiloj.Ammann et al.9 proponis metodon por prepari porajn zeolitajn tegaĵojn el magnetaj miksaĵoj de polivinila alkoholo.Alumino (alumino) ankaŭ estas utiligita kiel ligilo 10 en la adsorbilo.Laŭ nia scio, celulozo kaj hidroksietilcelulozo estas uzataj nur en kombinaĵo kun fizikaj adsorbantoj11,12.Kelkfoje la gluo ne estas uzata por la farbo, sed estas uzata por konstrui la strukturon 13 memstare.La kombinaĵo de alginataj polimermatricoj kun multoblaj salhidratoj formas flekseblajn kunmetitajn perlstrukturojn kiuj malhelpas elfluadon dum sekigado kaj disponigas adekvatan amastranslokigon.Argiloj kiel bentonito kaj atapulgito estis uzataj kiel ligiloj por la preparado de kunmetaĵoj15,16,17.Etilcelulozo estis uzata por mikroenkapsuligi kalcian klorion18 aŭ natrian sulfidon19.
Kunmetaĵoj kun pora metala strukturo povas esti dividitaj en aldonajn varmointerŝanĝilojn kaj tegitajn varmointerŝanĝilojn.La avantaĝo de ĉi tiuj strukturoj estas la alta specifa surfacareo.Tio rezultigas pli grandan kontaktsurfacon inter adsorbanto kaj metalo sen la aldono de inerta maso, kiu reduktas la totalan efikecon de la fridiga ciklo.Lang et al.20 plibonigis la totalan konduktivecon de zeolita adsorbilo kun aluminia kahela strukturo.Gillerminot et al.21 plibonigis la termikan konduktivecon de NaX-zeolitaj tavoloj kun kupro kaj nikelŝaŭmo.Kvankam kunmetaĵoj estas utiligitaj kiel fazŝanĝaj materialoj (PCMoj), la trovoj de Li et al.22 kaj Zhao et al.23 estas ankaŭ de intereso por kemisorbado.Ili komparis la efikecon de vastigita grafito kaj metalŝaŭmo kaj finis ke ĉi-lasta estis preferinda nur se korodo ne estis problemo.Palomba et al.lastatempe komparis aliajn metalajn porajn strukturojn24.Van der Pal et al.studis metalajn salojn enigitajn en ŝaŭmojn 25 .Ĉiuj antaŭaj ekzemploj egalrilatas al densaj tavoloj de partiklaj adsorbantoj.Metalaj poraj strukturoj praktike ne estas uzataj por kovri adsorbilojn, kio estas pli optimuma solvo.Ekzemplo de ligado al zeolitoj povas esti trovita en Wittstadt et al.26 sed neniu provo estis farita por ligi salhidratojn malgraŭ ilia pli alta energidenseco 27 ​​.
Tiel, tri metodoj por prepari adsorbajn tegaĵojn estos esploritaj en ĉi tiu artikolo: (1) ligilo-tegaĵo, (2) rekta reago, kaj (3) surfaca traktado.Hidroksietilcelulozo estis la ligilo elektita en ĉi tiu laboro pro antaŭe raportita stabileco kaj bona tegaĵo-adhero en kombinaĵo kun fizikaj adsorbantoj.Tiu metodo estis komence esplorita por plataj tegaĵoj kaj poste aplikita al metalfibrostrukturoj.Antaŭe, oni raportis antaŭan analizon pri la ebleco de kemiaj reakcioj kun la formado de adsorbaj tegaĵoj.Antaŭa sperto nun estas transdonita al la tegaĵo de metalfibrostrukturoj.La surfaca traktado elektita por ĉi tiu laboro estas metodo bazita sur aluminio anodizado.Aluminia anodizado estis sukcese kombinita kun metalaj saloj por estetikaj celoj29.En ĉi tiuj kazoj, tre stabilaj kaj korodrezistaj tegaĵoj povas esti akiritaj.Tamen, ili ne povas efektivigi ajnan adsorbadon aŭ malsorban procezon.Ĉi tiu artikolo prezentas varianton de ĉi tiu aliro, kiu ebligas movi mason uzante la gluajn ecojn de la origina procezo.Laŭ nia scio, neniu el la ĉi tie priskribitaj metodoj estis antaŭe studita.Ili reprezentas tre interesan novan teknologion ĉar ili permesas la formadon de hidratigitaj adsorbaj tegaĵoj, kiuj havas kelkajn avantaĝojn super la ofte studitaj fizikaj adsorbantoj.
La stampitaj aluminiaj platoj uzataj kiel substratoj por ĉi tiuj eksperimentoj estis provizitaj de ALINVEST Břidličná, Ĉeĥio.Ili enhavas 98,11% aluminion, 1,3622% feron, 0,3618% manganon kaj spurojn de kupro, magnezio, silicio, titanio, zinko, kromo kaj nikelo.
La materialoj elektitaj por la fabrikado de kunmetaĵoj estas elektitaj laŭ siaj termodinamikaj propraĵoj, nome laŭ la kvanto de akvo, kiun ili povas adsorbi/malsorbi ĉe temperaturoj sub 120 °C.
Magnezia sulfato (MgSO4) estas unu el la plej interesaj kaj studitaj hidratigitaj saloj30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.La termodinamikaj trajtoj estis sisteme mezuritaj kaj trovitaj taŭgaj por aplikoj en la kampoj de adsorbada fridigo, varmopumpiloj kaj energistokado.Seka magnezia sulfato CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germanio) estis uzata.
Kalcia klorido (CaCl2) (H319) estas alia bone studita salo ĉar ĝia hidrato havas interesajn termodinamikajn ecojn41,42,43,44.Kalcia klorido heksahidrato CAS-Nr.7774-34-7 97% uzata (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germanio).
Zinksulfato (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) kaj ĝiaj hidratoj havas termodinamikajn ecojn taŭgajn por malaltaj temperaturaj adsorbaj procezoj45,46.Zinksulfato heptahidrato CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germanio) estis uzata.
Stroncia klorido (SrCl2) (H318) ankaŭ havas interesajn termodinamikajn trajtojn4,45,47 kvankam ĝi ofte estas kombinita kun amoniako en adsorba varmopumpilo aŭ energistokado-esplorado.Stroncia klorido heksahidrato CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Misurio, Usono) estis uzata por la sintezo.
Kupra sulfato (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) ne estas inter la hidratoj ofte trovitaj en la profesia literaturo, kvankam ĝiaj termodinamikaj trajtoj estas de intereso por malalttemperaturaj aplikoj48,49.Kupra sulfato CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, Usono) estis uzata por la sintezo.
Magnezia klorido (MgCl2) estas unu el la hidratigitaj saloj, kiuj lastatempe ricevis pli da atento en la kampo de stokado de termika energio50,51.Magnezia klorido hexahidrato CAS-Nr.7791-18-6 pura farmacia grado (Applichem GmbH., Darmstadt, Germanio) estis uzita por la eksperimentoj.
Kiel menciite supre, hidroksietilcelulozo estis elektita pro la pozitivaj rezultoj en similaj aplikoj.La materialo uzata en nia sintezo estas hidroksietilcelulozo CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, Usono).
Metalfibroj estas faritaj el mallongaj dratoj kunligitaj per kunpremado kaj sinterizado, procezo konata kiel krisolfanda eltiro (CME)52.Ĉi tio signifas, ke ilia varmokondukteco dependas ne nur de la plej granda kondukteco de la metaloj uzitaj en la fabrikado kaj la poreco de la fina strukturo, sed ankaŭ de la kvalito de la ligoj inter la fadenoj.La fibroj ne estas izotropaj kaj tendencas esti distribuitaj en certa direkto dum produktado, kio igas la varmokonduktecon en la transversa direkto multe pli malalta.
La akvosorbadpropraĵoj estis esploritaj uzante samtempan termogravimetran analizon (TGA)/diferencigan termogravimetran analizon (DTG) en vakua pakaĵo (Netzsch TG 209 F1 Libra).La mezuradoj estis faritaj en fluanta nitrogena atmosfero kun flukvanto de 10 ml/min kaj temperaturintervalo de 25 ĝis 150 °C en aluminiaj oksidaj krisoloj.La hejta indico estis 1 °C/min, la specimena pezo variis de 10 ĝis 20 mg, la rezolucio estis 0.1 μg.En ĉi tiu laboro, oni devas rimarki, ke la masdiferenco per unuosurfaco havas grandan necertecon.La provaĵoj uzitaj en TGA-DTG estas tre malgrandaj kaj neregule tranĉitaj, kio faras ilian arean persistemon malpreciza.Ĉi tiuj valoroj nur povas esti eksterpolitaj al pli granda areo se grandaj devioj estas konsiderataj.
Malfortigitaj totalaj reflektadoj de Fourier-transformaj infraruĝaj (ATR-FTIR) spektroj estis akiritaj sur Bruker Vertex 80 v FTIR-spektrometro (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Germanio) uzante ATR-platenan akcesoraĵon (Bruker Optik GmbH, Germanio).La spektroj de puraj sekaj diamantkristaloj estis mezuritaj rekte en vakuo antaŭ ol uzi la provaĵojn kiel fonon por eksperimentaj mezuradoj.La specimenoj estis mezuritaj en vakuo uzante spektran rezolucion de 2 cm-1 kaj averaĝan nombron da skanadoj de 32. Ondonombro intervalo de 8000 ĝis 500 cm-1.Spektra analizo estis farita uzante la OPUS-programon.
SEM-analizo estis farita per DSM 982 Gemini de Zeiss ĉe akcelaj tensioj de 2 kaj 5 kV.Energidisvastiga Rentgenfota spektroskopio (EDX) estis farita uzante Thermo Fischer System 7 kun Peltier malvarmetigita silicia drivdetektilo (SSD).
La preparado de metalaj platoj estis efektivigita laŭ la procedo simila al tiu priskribita en 53. Unue, mergu la teleron en 50% sulfata acido.15 minutoj.Poste ili estis enkondukitaj en 1 M natria hidroksida solvaĵo dum ĉirkaŭ 10 sekundoj.Tiam la specimenoj estis lavitaj per granda kvanto da distilita akvo, kaj poste trempitaj en distilita akvo dum 30 minutoj.Post prepara surfaca traktado, la specimenoj estis mergitaj en 3% saturita solvo.HEC kaj cela salo.Fine, elprenu ilin kaj sekigu ilin je 60 °C.
La anodiza metodo plibonigas kaj plifortigas la naturan oksidan tavolon sur la pasiva metalo.La aluminiaj paneloj estis anodigitaj kun sulfata acido en hardita stato kaj poste sigelitaj en varma akvo.Anodizado sekvis komenca akvaforto kun 1 mol/l NaOH (600 s) sekvita per neŭtraligo en 1 mol/l HNO3 (60 s).La elektrolitsolvo estas miksaĵo de 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3, kaj 1 M MgSO4 + 7H2O.Anodizado estis farita je (40 ± 1) °C, 30 mA/cm2 dum 1200 sekundoj.La sigela procezo estis efektivigita en diversaj salaj solvoj kiel priskribite en la materialoj (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).La specimeno estas boligita en ĝi dum 1800 sekundoj.
Tri malsamaj metodoj por produkti kunmetaĵojn estis esploritaj: glua tegaĵo, rekta reago, kaj surfaca traktado.La avantaĝoj kaj malavantaĝoj de ĉiu trejna metodo estas sisteme analizitaj kaj diskutitaj.Rekta observado, nanobildigo, kaj kemia/elementa analizo estis uzataj por taksi la rezultojn.
Anodizado estis elektita kiel konverta surfactraktadmetodo por pliigi la adheron de salhidratoj.Ĉi tiu surfaca traktado kreas poran strukturon de alumino (alumino) rekte sur la aluminiosurfaco.Tradicie, ĉi tiu metodo konsistas el du etapoj: la unua etapo kreas poran strukturon de aluminia rusto, kaj la dua etapo kreas tegaĵon de aluminia hidroksido, kiu fermas la porojn.La sekvantaroj estas du metodoj de blokado de salo sen blokado de aliro al la gasfazo.La unua konsistas el kahela sistemo uzanta malgrandajn aluminioksidajn (Al2O3) tubojn akiritajn en la unua paŝo por teni la adsorbajn kristalojn kaj pliigi ĝian adheron al metalaj surfacoj.La rezultaj kahelaroj havas diametron de ĉirkaŭ 50 nm kaj longon de 200 nm (Fig. 1a).Kiel menciite pli frue, tiuj kavaĵoj estas kutime fermitaj en dua paŝo kun maldika tavolo de Al2O(OH)2 boehmito apogita per la alumina tubo bolprocezo.En la dua metodo, tiu sigelprocezo estas modifita tiel ke la salkristaloj estas kaptitaj en unuforme kovra tavolo de boehmite (Al2O(OH)), kiu ne estas uzita por sigeli en tiu kazo.La dua etapo estas farita en saturita solvaĵo de la responda salo.La priskribitaj ŝablonoj havas grandecojn en la intervalo de 50-100 nm kaj aspektas kiel ŝprucitaj gutoj (Fig. 1b).La surfaco akirita kiel rezulto de la sigela procezo havas prononcitan spacan strukturon kun pliigita kontakta areo.Ĉi tiu surfaca ŝablono, kune kun iliaj multaj ligaj agordoj, estas ideala por porti kaj teni salkristalojn.Ambaŭ priskribitaj strukturoj ŝajnas esti vere poraj kaj havas malgrandajn kavaĵojn kiuj ŝajnas esti bone konvenitaj por reteni salhidratojn kaj adsorbi vaporojn al la salo dum operacio de la adsorbilo.Tamen, elementa analizo de tiuj surfacoj uzantaj EDX povas detekti spurkvantojn de magnezio kaj sulfuro sur la surfaco de boehmito, kiuj ne estas detektitaj kaze de aluminosurfaco.
La ATR-FTIR de la specimeno konfirmis, ke la elemento estis magnezia sulfato (vidu Figuro 2b).La spektro montras karakterizajn sulfatjonajn pintojn je 610–680 kaj 1080–1130 cm–1 kaj karakterizajn kratajn akvopintojn je 1600–1700 cm–1 kaj 3200–3800 cm–1 (vidu Fig. 2a, c).).La ĉeesto de magneziojonoj preskaŭ ne ŝanĝas la spektron54.
(a) EDX de boehmite kovrita MgSO4-aluminia plato, (b) ATR-FTIR-spektroj de boehmite kaj MgSO4-tegaĵoj, (c) ATR-FTIR-spektroj de pura MgSO4.
Konservado de adsorbada efikeco estis konfirmita de TGA.Sur fig.3b montras malsorban pinton de ĉ.60°C.Ĉi tiu pinto ne respondas al la temperaturo de la du pintoj observitaj en TGA de pura salo (Fig. 3a).La ripeteblo de la adsorba-malsorba ciklo estis taksita, kaj la sama kurbo estis observita post meti la specimenojn en humidan atmosferon (Fig. 3c).La diferencoj observitaj en la dua etapo de malsorbado povas esti la rezulto de dehidratiĝo en fluanta atmosfero, ĉar tio ofte kondukas al nekompleta dehidratiĝo.Ĉi tiuj valoroj respondas al proksimume 17,9 g/m2 en la unua senakvigo kaj 10,3 g/m2 en la dua senakvigo.
Komparo de TGA-analizo de boehmite kaj MgSO4: TGA-analizo de pura MgSO4 (a), miksaĵo (b) kaj post rehidratiĝo (c).
La sama metodo estis efektivigita kun kalcia klorido kiel adsorbanto.La rezultoj estas prezentitaj en Figuro 4. Vida inspektado de la surfaco rivelis malgrandajn ŝanĝojn en la metala brilo.La felo estas apenaŭ videbla.SEM konfirmis la ĉeeston de malgrandaj kristaloj egale distribuitaj sur la surfaco.Tamen, TGA montris neniun dehidratiĝon sub 150 °C.Tio povas ŝuldiĝi al la fakto ke la proporcio de salo estas tro malgranda komparite kun la totalmaso de la substrato por detekto de TGA.
La rezultoj de surfaca traktado de la kupra sulfata tegaĵo per la anodiza metodo estas montritaj en fig.5. En ĉi tiu kazo, la atendata enkorpiĝo de CuSO4 en la Al-oksida strukturo ne okazis.Anstataŭe, lozaj pingloj estas observitaj ĉar ili estas ofte uzitaj por kupra hidroksido Cu (OH)2 uzita kun tipaj turkisaj tinkturfarboj.
La anodigita surfaca traktado ankaŭ estis testita en kombinaĵo kun stroncia klorido.La rezultoj montris malebenan kovradon (vidu Figuro 6a).Por determini ĉu la salo kovris la tutan surfacon, EDX-analizo estis farita.La kurbo por punkto en la griza areo (punkto 1 en Fig. 6b) montras malmulte da stroncio kaj multe da aluminio.Ĉi tio indikas malaltan enhavon de stroncio en la mezurita zono, kiu, siavice, indikas malaltan kovradon de stroncio-klorido.Male, blankaj areoj havas altan enhavon de stroncio kaj malaltan enhavon de aluminio (punktoj 2-6 en Fig. 6b).EDX-analizo de la blanka areo montras pli malhelajn punktojn (punktoj 2 kaj 4 en Fig. 6b), malalte en kloro kaj alta en sulfuro.Ĉi tio povas indiki la formadon de stroncio sulfato.Pli brilaj punktoj reflektas altan kloran enhavon kaj malaltan sulfuran enhavon (punktoj 3, 5 kaj 6 en Fig. 6b).Ĉi tio povas esti klarigita per la fakto, ke la ĉefa parto de la blanka tegaĵo konsistas el la atendata stroncia klorido.La TGA de la specimeno konfirmis la interpreton de la analizo kun pinto ĉe la karakteriza temperaturo de pura stroncia klorido (Fig. 6c).Ilia malgranda valoro povas esti pravigita per malgranda frakcio de salo kompare kun la maso de la metala subteno.La malsorba maso determinita en la eksperimentoj respondas al la kvanto de 7,3 g/m2 eldonita po unuopa areo de la adsorbilo je temperaturo de 150 °C.
Elosal-traktitaj zinksulfataj tegaĵoj ankaŭ estis testitaj.Makroskope, la tegaĵo estas tre maldika kaj unuforma tavolo (Fig. 7a).Tamen, SEM rivelis surfacan areon kovritan per malgrandaj kristaloj apartigitaj de malplenaj areoj (Fig. 7b).La TGA de la tegaĵo kaj substrato estis komparita kun tiu de pura salo (Figuro 7c).Pura salo havas unu malsimetrian pinton je 59.1 °C.La tegita aluminio montris du malgrandajn pintojn je 55,5 °C kaj 61,3 °C, indikante la ĉeeston de zinksulfathidrato.La masdiferenco malkaŝita en la eksperimento egalrilatas al 10,9 g/m2 ĉe dehidratiĝotemperaturo de 150 °C.
Kiel en la antaŭa aplikaĵo53, hidroksietilcelulozo estis uzata kiel liganto por plibonigi la adheron kaj stabilecon de la sorbanta tegaĵo.Materiala kongruo kaj efiko al adsorbada efikeco estis taksitaj de TGA.La analizo estas farita rilate al la totala maso, te la specimeno inkluzivas metalan platon uzatan kiel tega substrato.Adhero estas provita per testo bazita sur la kruca noĉa testo difinita en la ISO2409-specifo (ne povas plenumi la noĉan apartigspecifon depende de la specifa dikeco kaj larĝo).
Tegante la panelojn per kalcia klorido (CaCl2) (vidu Fig. 8a) rezultigis malebenan distribuon, kiu ne estis observita en la pura aluminio-tegaĵo uzata por la transversa noĉo-testo.Kompare al la rezultoj por pura CaCl2, TGA (Fig. 8b) montras du karakterizajn pintojn ŝanĝitajn al pli malaltaj temperaturoj de 40 kaj 20 °C, respektive.La sekca testo ne permesas objektivan komparon ĉar la pura CaCl2-provaĵo (specimeno dekstre en Fig. 8c) estas pulvora precipitaĵo, kiu forigas la plej suprajn partiklojn.La HEC-rezultoj montris tre maldikan kaj unuforman tegaĵon kun kontentiga adhero.La masdiferenco montrita en fig.8b respondas al 51,3 g/m2 per unuo de areo de la adsorbilo je temperaturo de 150 °C.
Pozitivaj rezultoj en terminoj de adhero kaj unuformeco ankaŭ estis akiritaj kun magnezia sulfato (MgSO4) (vidu Fig. 9).Analizo de la malsorba procezo de la tegaĵo montris la ĉeeston de unu pinto de ĉ.60°C.Tiu temperaturo egalrilatas al la ĉefa malsorbadpaŝo vidita en la dehidratiĝo de puraj saloj, reprezentante alian paŝon je 44 °C.Ĝi respondas al la transiro de heksahidrato al pentahidrato kaj ne estas observita en la kazo de tegaĵoj kun ligiloj.Transsekcaj testoj montras plibonigitan distribuon kaj adheron kompare kun tegaĵoj faritaj per pura salo.La masdiferenco observita en TGA-DTC respondas al 18,4 g/m2 por unuopa areo de la adsorbilo je temperaturo de 150 °C.
Pro surfacaj neregulaĵoj, stroncia klorido (SrCl2) havas malebenan tegaĵon sur la naĝiloj (Fig. 10a).Tamen, la rezultoj de la transversa noĉo-testo montris unuforman distribuon kun signife plibonigita adhero (Fig. 10c).TGA-analizo montris tre malgrandan diferencon en pezo, kiu devas ŝuldiĝi al la pli malalta salenhavo kompare kun la metalsubstrato.Tamen, la ŝtupoj sur la kurbo montras la ĉeeston de dehidratiĝoprocezo, kvankam la pinto estas rilata al la temperaturo akirita kiam karakterizado de pura salo.La pintoj je 110 °C kaj 70,2 °C observitaj en Fig.10b ankaŭ estis trovitaj dum analizado de pura salo.Tamen, la ĉefa dehidratiĝo-paŝo observita en pura salo je 50 °C ne estis reflektita en la kurboj uzante la ligilon.Kontraste, la ligilo-miksaĵo montris du pintojn je 20,2 °C kaj 94,1 °C, kiuj ne estis mezuritaj por la pura salo (Fig. 10b).Je temperaturo de 150 °C, la observita masdiferenco respondas al 7,2 g/m2 per unuopa areo de la adsorbilo.
La kombinaĵo de HEC kaj zinksulfato (ZnSO4) ne donis akcepteblajn rezultojn (Figuro 11).TGA-analizo de la tegita metalo ne rivelis iujn ajn dehidratigprocezojn.Kvankam la distribuo kaj aliĝo de la tegaĵo pliboniĝis, ĝiaj propraĵoj ankoraŭ estas malproksimaj de optimumaj.
La plej simpla maniero por kovri metalajn fibrojn per maldika kaj unuforma tavolo estas malseka impregnado (Fig. 12a), kiu inkluzivas preparadon de la cela salo kaj impregnadon de metalaj fibroj per akva solvaĵo.
Preparante por malseka impregnado, du ĉefaj problemoj estas renkontitaj.Unuflanke, la surfaca tensio de la sala solvo malhelpas la ĝustan enkorpiĝon de la likvaĵo en la poran strukturon.Kristaliĝo sur la ekstera surfaco (Fig. 12d) kaj aervezikoj kaptitaj ene de la strukturo (Fig. 12c) povas nur esti reduktitaj malaltigante la surfacan streĉiĝon kaj antaŭ-malsekigante la provaĵon kun distilita akvo.Devigita dissolvo en la provaĵo evakuante la aeron ene aŭ kreante solvfluon en la strukturo estas aliaj efikaj manieroj certigi kompletan plenigon de la strukturo.
La dua problemo renkontita dum preparado estis la forigo de la filmo el parto de la salo (vidu Fig. 12b).Ĉi tiu fenomeno estas karakterizita per la formado de seka tegaĵo sur la dissolvsurfaco, kiu ĉesigas la konvektive stimulitan sekiĝon kaj komencas la difuzan stimulitan procezon.La dua mekanismo estas multe pli malrapida ol la unua.Kiel rezulto, alta temperaturo estas postulata por akceptebla sekiga tempo, kiu pliigas la riskon de vezikoj formiĝantaj ene de la specimeno.Ĉi tiu problemo estas solvita per enkonduko de alternativa metodo de kristaliĝo bazita ne sur koncentriĝoŝanĝo (vaporiĝo), sed sur temperaturŝanĝo (kiel en la ekzemplo kun MgSO4 en Fig. 13).
Skema reprezentado de la kristaligprocezo dum malvarmigo kaj apartigo de solidaj kaj likvaj fazoj uzante MgSO4.
Saturitaj salsolvoj povas esti preparitaj ĉe aŭ super ĉambra temperaturo (HT) uzante ĉi tiun metodon.En la unua kazo, kristaliĝo estis devigita malaltigante la temperaturon sub ĉambra temperaturo.En la dua kazo, kristaliĝo okazis kiam la provaĵo estis malvarmetigita al ĉambra temperaturo (RT).La rezulto estas miksaĵo de kristaloj (B) kaj solvita (A), kies likva parto estas forigita per kunpremita aero.Ĉi tiu aliro ne nur evitas la formadon de filmo sur ĉi tiuj hidratoj, sed ankaŭ reduktas la tempon necesan por la preparado de aliaj kunmetaĵoj.Tamen, la forigo de likvaĵo per kunpremita aero kondukas al plia kristaliĝo de la salo, rezultigante pli dikan tegaĵon.
Alia metodo kiu povas esti uzita por tegi metalsurfacojn implikas la rektan produktadon de celsaloj tra kemiaj reakcioj.Tegitaj varmointerŝanĝiloj faritaj per la reago de acidoj sur la metalaj surfacoj de naĝiloj kaj tuboj havas kelkajn avantaĝojn, kiel raportite en nia antaŭa studo.La apliko de ĉi tiu metodo al fibroj kondukis al tre malbonaj rezultoj pro la formado de gasoj dum la reago.La premo de la hidrogena gasvezikoj konstruas ene de la sondilo kaj ŝanĝiĝas dum la produkto estas elĵetita (Fig. 14a).
La tegaĵo estis modifita per kemia reago por pli bone kontroli la dikecon kaj distribuadon de la tegaĵo.Ĉi tiu metodo implikas pasi acidan nebulfluon tra la specimeno (Figuro 14b).Tio estas atendita rezultigi unuforman tegaĵon per reago kun la substratmetalo.La rezultoj estis kontentigaj, sed la procezo estis tro malrapida por esti konsiderata efika metodo (Fig. 14c).Pli mallongaj reagtempoj povas esti atingitaj per lokalizita hejtado.
Por venki la malavantaĝojn de ĉi-supraj metodoj, oni studis tegan metodon bazitan sur la uzo de gluoj.HEC estis elektita surbaze de la rezultoj prezentitaj en la antaŭa sekcio.Ĉiuj specimenoj estis preparitaj je 3% pezo.La ligilo estas miksita kun salo.La fibroj estis antaŭtraktitaj laŭ la sama procedo kiel por la ripoj, do trempitaj en 50% vol.ene de 15 minutoj.sulfata acido, poste trempita en natria hidroksido dum 20 sekundoj, lavita en distilita akvo kaj fine trempita en distilita akvo dum 30 minutoj.En ĉi tiu kazo, plia paŝo estis aldonita antaŭ impregnado.Mergu la specimenon mallonge en diluita cela salo-solvo kaj sekiĝu je proksimume 60 °C.La procezo estas desegnita por modifi la surfacon de la metalo, kreante nukleajn lokojn, kiuj plibonigas la distribuadon de la tegaĵo en la fina etapo.La fibreca strukturo havas unu flankon kie la filamentoj estas pli maldikaj kaj malloze pakitaj, kaj la kontraŭan flankon kie la filamentoj estas pli dikaj kaj malpli distribuitaj.Ĉi tio estas la rezulto de 52 produktadaj procezoj.
La rezultoj por kalcia klorido (CaCl2) estas resumitaj kaj ilustritaj per bildoj en Tabelo 1. Bona kovrado post inokulado.Eĉ tiuj fadenoj kun neniuj videblaj kristaloj sur la surfaco reduktis metalajn reflektadojn, indikante ŝanĝon en finpoluro.Tamen, post kiam la specimenoj estis impregnitaj per akva miksaĵo de CaCl2 kaj HEC kaj sekigitaj je temperaturo de ĉirkaŭ 60 °C, la tegaĵoj estis koncentritaj ĉe la intersekcoj de la strukturoj.Ĉi tio estas efiko kaŭzita de la surfaca tensio de la solvo.Post trempado, la likvaĵo restas ene de la provaĵo pro sia surfaca tensio.Esence ĝi okazas ĉe la intersekco de strukturoj.La plej bona flanko de la specimeno havas plurajn truojn plenigitajn per salo.La pezo pliiĝis je 0,06 g/cm3 post tego.
Tegaĵo per magnezia sulfato (MgSO4) produktis pli da salo per unuovolumeno (Tablo 2).En ĉi tiu kazo, la mezurita pliigo estas 0,09 g/cm3.La sema procezo rezultigis ampleksan specimenan priraportadon.Post la tega procezo, la salo blokas grandajn areojn de la maldika flanko de la specimeno.Krome, kelkaj areoj de la mato estas blokitaj, sed iom da poreco estas retenita.En ĉi tiu kazo, sala formado estas facile observita ĉe la intersekco de la strukturoj, konfirmante, ke la tega procezo estas ĉefe pro la surfaca tensio de la likvaĵo, kaj ne la interago inter la salo kaj la metala substrato.
La rezultoj por la kombinaĵo de stroncia klorido (SrCl2) kaj HEC montris similajn trajtojn al la antaŭaj ekzemploj (Tablo 3).En ĉi tiu kazo, la pli maldika flanko de la specimeno estas preskaŭ tute kovrita.Nur individuaj poroj estas videblaj, formitaj dum sekiĝo kiel rezulto de la liberigo de vaporo el la specimeno.La ŝablono observita sur la senbrila flanko estas tre simila al la antaŭa kazo, la areo estas blokita per salo kaj la fibroj ne estas tute kovritaj.
Por taksi la pozitivan efikon de la fibreca strukturo sur la termika agado de la varmointerŝanĝilo, la efika varmokondukteco de la tegita fibrostrukturo estis determinita kaj komparita kun la pura tega materialo.Termika kondukteco estis mezurita laŭ ASTM D 5470-2017 uzante la ebenan panelan aparaton montritan en Figuro 15a uzante referencan materialon kun konata varmokondukteco.Kompare kun aliaj pasemaj mezurmetodoj, ĉi tiu principo estas avantaĝa por poraj materialoj uzataj en la nuna studo, ĉar la mezuradoj estas faritaj en stabila stato kaj kun sufiĉa specimena grandeco (baza areo 30 × 30 mm2, alteco proksimume 15 mm).Specimenoj de la pura tega materialo (referenco) kaj la kovrita fibrostrukturo estis preparitaj por mezuradoj en la direkto de la fibro kaj perpendikulara al la direkto de la fibro por taksi la efikon de anizotropa termika kondukteco.La specimenoj estis muelitaj sur la surfaco (P320-gruelo) por minimumigi la efikon de surfaca malglateco pro specimenpreparo, kiu ne reflektas la strukturon ene de la specimeno.