Dankon pro via vizito al Nature.com. La retumilversio, kiun vi uzas, havas limigitan subtenon por CSS. Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu la Kongruecan Reĝimon en Internet Explorer). Dume, por certigi daŭran subtenon, ni prezentos la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
La merkatparto de adsorbaj fridigsistemoj kaj varmopumpiloj estas ankoraŭ relative malgranda kompare kun tradiciaj kompresaj sistemoj. Malgraŭ la grandega avantaĝo uzi malmultekostan varmon (anstataŭ multekosta elektra laboro), la efektivigo de sistemoj bazitaj sur adsorbaj principoj estas ankoraŭ limigita al kelkaj specifaj aplikoj. La ĉefa malavantaĝo, kiun oni devas forigi, estas la malpliiĝo de specifa potenco pro malalta varmokondukteco kaj malalta stabileco de la adsorbanto. Nunaj komercaj adsorbaj fridigsistemoj baziĝas sur adsorbiloj bazitaj sur plataj varmointerŝanĝiloj tegitaj por optimumigi malvarmigan kapaciton. La rezultoj estas bone konataj, ke malpliigo de la dikeco de la tegaĵo kondukas al malpliiĝo de la amasa transiga impedanco, kaj pliigo de la surfacareo-volumena proporcio de la konduktaj strukturoj pliigas potencon sen kompromiti efikecon. La metalfibroj uzitaj en ĉi tiu laboro povas provizi specifan surfacareon en la intervalo de 2500–50,000 m²/m³. Tri metodoj por akiri tre maldikajn sed stabilajn tegaĵojn de salhidratoj sur metalaj surfacoj, inkluzive de metalfibroj, por la produktado de tegaĵoj montras por la unua fojo altpotencan densecan varmointerŝanĝilon. La surfaca traktado bazita sur aluminia anodigo estas elektita por krei pli fortan ligadon inter la tegaĵo kaj la substrato. La mikrostrukturo de la rezulta surfaco estis analizita per skana elektrona mikroskopio. Reduktita totala reflekto Fourier-transforma infraruĝa spektroskopio kaj energi-dispersa rentgen-spektroskopio estis uzitaj por kontroli la ĉeeston de la dezirataj specioj en la analizo. Ilia kapablo formi hidratojn estis konfirmita per kombinita termogravimetra analizo (TGA)/diferenciala termogravimetra analizo (DTG). Malbona kvalito super 0.07 g (akvo)/g (kompozitaĵo) estis trovita en la MgSO4-tegaĵo, montrante signojn de dehidratiĝo je ĉirkaŭ 60 °C kaj reproduktebla post rehidratigo. Pozitivaj rezultoj ankaŭ estis akiritaj kun SrCl2 kaj ZnSO4 kun masa diferenco de ĉirkaŭ 0.02 g/g sub 100 °C. Hidroksietilcelulozo estis elektita kiel aldonaĵo por pliigi la stabilecon kaj adheron de la tegaĵo. La adsorbaj ecoj de la produktoj estis taksitaj per samtempa TGA-DTG kaj ilia adhero estis karakterizita per metodo bazita sur la testoj priskribitaj en ISO2409. La konsistenco kaj adhero de la CaCl2-tegaĵo estas signife plibonigitaj, konservante sian adsorban kapaciton kun pezdiferenco de ĉirkaŭ 0.1 g/g ĉe temperaturoj sub 100 °C. Krome, MgSO4 konservas la kapablon formi hidratojn, montrante masdiferencon de pli ol 0.04 g/g ĉe temperaturoj sub 100 °C. Fine, 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 transversaj sekcoj. Tegaĵo de Al2(SO4)3 kun dikeco de ĉirkaŭ 50 µm estis akirita, sed la ĝenerala procezo devas esti optimumigita por atingi pli unuforman distribuon.
Adsorbaj sistemoj gajnis multan atenton dum la pasintaj jardekoj, ĉar ili provizas ekologie sanan alternativon al tradiciaj kunpremaj varmopumpiloj aŭ fridigsistemoj. Kun kreskantaj komfortnormoj kaj tutmondaj averaĝaj temperaturoj, adsorbaj sistemoj povus redukti la dependecon de fosiliaj brulaĵoj en la proksima estonteco. Krome, ajnaj plibonigoj en adsorba fridigo aŭ varmopumpiloj povas esti translokigitaj al termika energiakumulado, kio reprezentas plian pliiĝon en la potencialo por efika uzo de primara energio. La ĉefa avantaĝo de adsorbaj varmopumpiloj kaj fridigsistemoj estas, ke ili povas funkcii kun malalta varmomaso. Ĉi tio igas ilin taŭgaj por malalttemperaturaj fontoj kiel suna energio aŭ perdvarmo. Rilate al energiakumuladaj aplikoj, adsorbado havas la avantaĝon de pli alta energidenseco kaj malpli da energidisipado kompare kun sensiva aŭ latenta varmostumado.
Adsorbaj varmopumpiloj kaj fridigsistemoj sekvas la saman termodinamikan ciklon kiel iliaj vaporkunpremaj ekvivalentoj. La ĉefa diferenco estas la anstataŭigo de kompresoraj komponantoj per adsorbiloj. La elemento kapablas adsorbi malaltpreman fridigaĵan vaporon je moderaj temperaturoj, vaporigante pli da fridigaĵo eĉ kiam la likvaĵo estas malvarma. Necesas certigi konstantan malvarmigon de la adsorbilo por ekskludi la entalpion de adsorbado (eksotermo). La adsorbilo regeneriĝas je alta temperaturo, kaŭzante la desorbadon de la fridigaĵa vaporo. Hejtado devas daŭri por provizi la entalpion de desorbado (endoterma). Ĉar adsorbaj procezoj karakteriziĝas per temperaturŝanĝoj, alta potencdenseco postulas altan varmokonduktivecon. Tamen, malalta varmokonduktiveco estas sendube la ĉefa malavantaĝo en la plej multaj aplikoj.
La ĉefa problemo de konduktiveco estas pliigi ĝian averaĝan valoron, samtempe konservante la transportvojon, kiu provizas la fluon de adsorbaj/desorbaj vaporoj. Du aliroj estas ofte uzataj por atingi tion: kompozitaj varmointerŝanĝiloj kaj tegitaj varmointerŝanĝiloj. La plej popularaj kaj sukcesaj kompozitaj materialoj estas tiuj, kiuj uzas karbon-bazitajn aldonaĵojn, nome vastigitan grafiton, aktivigitan karbonon aŭ karbonfibrojn. Oliveira et al. [2] impregnis vastigitan grafitpulvoron per 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 konduktiveco de 15 W/mK. Jian et al. [4] testis kompozitojn kun per sulfatacido traktita vastigita natura grafito (ENG-TSA) kiel substrato en du-ŝtupa adsorba malvarmiga ciklo. La modelo antaŭdiris COP de 0,215 ĝis 0,285 kaj SCP de 161,4 ĝis 260,74 W/kg.
Sendube la plej realigebla solvo estas la kovrita varmointerŝanĝilo. La kovrilaj mekanismoj de ĉi tiuj varmointerŝanĝiloj povas esti dividitaj en du kategoriojn: rekta sintezo kaj gluaĵoj. 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 kovritan zeoliton por uzo en serio de malvarmigiloj fabrikitaj de Fahrenheit GmbH. Schnabel et al6 testis la funkciadon de du zeolitoj kovritaj sur rustorezista ŝtalo. Tamen, ĉi tiu metodo funkcias nur kun specifaj adsorbantoj, kio faras kovrilon per gluaĵoj interesa alternativo. Ligiloj estas pasivaj substancoj elektitaj por subteni sorban adheron kaj/aŭ amastransdonon, sed ludas neniun rolon en adsorbado aŭ plibonigo de konduktiveco. Freni et al.7 kovris aluminiajn varmointerŝanĝilojn kun AQSOA-Z02-zeolito stabiligita per argil-bazita ligilo. Calabrese et al.8 studis la preparadon de zeolitaj kovriloj kun polimeraj ligiloj. Ammann kaj aliaj9 proponis metodon por prepari porajn zeolitajn tegaĵojn el magnetaj miksaĵoj de polivinila alkoholo. Alumino (aluminio-tero) ankaŭ estas uzata kiel ligilo 10 en la adsorbilo. Laŭ nia scio, celulozo kaj hidroksietilcelulozo estas uzataj nur en kombinaĵo kun fizikaj adsorbantoj11,12. Iafoje la gluo ne estas uzata por la farbo, sed estas uzata por konstrui la strukturon 13 memstare. La kombinaĵo de alginataj polimeraj matricoj kun pluraj salhidratoj formas flekseblajn kompozitajn perlstrukturojn, kiuj malhelpas elfluadon dum sekigado kaj provizas adekvatan amastransdonon. Argiloj kiel bentonito kaj atapulgito estis uzataj kiel ligiloj por la preparado de kompozitoj15,16,17. Etilcelulozo estis uzata por mikroenkapsuligi kalcian kloridon18 aŭ natrian sulfidon19.
Kompozitaĵoj kun pora metala strukturo povas esti dividitaj en aldonajn varmointerŝanĝilojn kaj tegitajn varmointerŝanĝilojn. La avantaĝo de ĉi tiuj strukturoj estas la alta specifa surfacareo. Ĉi tio rezultigas pli grandan kontaktan surfacon inter adsorbanto kaj metalo sen aldono de inerta maso, kio reduktas la ĝeneralan efikecon de la fridiga ciklo. Lang et al. 20 plibonigis la ĝeneralan konduktivecon de zeolita adsorbanto per aluminia mielĉelara strukturo. Gillerminot et al. 21 plibonigis la varmokonduktivecon de NaX-zeolitaj tavoloj per kupro kaj nikelo-ŝaŭmo. Kvankam kompozitaĵoj estas uzataj kiel fazŝanĝaj materialoj (PCM-oj), la rezultoj de Li et al. 22 kaj Zhao et al. 23 ankaŭ interesas por kemisorbado. Ili komparis la rendimenton de vastigita grafito kaj metala ŝaŭmo kaj konkludis, ke ĉi-lasta estis preferinda nur se korodo ne estis problemo. Palomba et al. ĵus komparis aliajn metalajn porajn strukturojn 24. Van der Pal et al. studis metalajn salojn enigitajn en ŝaŭmojn 25. Ĉiuj antaŭaj ekzemploj respondas al densaj tavoloj de partiklaj adsorbantoj. Metalaj poraj strukturoj preskaŭ ne estas uzataj por kovri adsorbilojn, kio estas pli optimuma solvo. Ekzemplon de ligado al zeolitoj oni povas trovi 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) ligilotegaĵo, (2) rekta reakcio, kaj (3) surfaca traktado. Hidroksietilcelulozo estis la elektita ligilo en ĉi tiu laboro pro antaŭe raportita stabileco kaj bona tegaĵa adhero en kombinaĵo kun fizikaj adsorbantoj. Ĉi tiu metodo estis komence esplorita por ebenaj tegaĵoj kaj poste aplikita al metalfibraj strukturoj. Antaŭe, prepara analizo pri la ebleco de kemiaj reakcioj kun la formado de adsorbaj tegaĵoj estis raportita. Antaŭa sperto nun estas transdonita al la tegaĵo de metalfibraj strukturoj. La surfaca traktado elektita por ĉi tiu laboro estas metodo bazita sur aluminia anodigado. Aluminia anodigado estis sukcese kombinita kun metalaj saloj por estetikaj celoj29. En ĉi tiuj kazoj, tre stabilaj kaj korodorezistaj tegaĵoj povas esti akiritaj. Tamen, ili ne povas efektivigi ian ajn adsorban aŭ desorban procezon. Ĉi tiu artikolo prezentas variaĵon de ĉi tiu aliro, kiu permesas movi mason uzante la alteniĝajn ecojn de la originala procezo. Laŭ nia scio, neniu el la metodoj priskribitaj ĉi tie estis antaŭe studita. Ili reprezentas tre interesan novan teknologion ĉar ili ebligas la formadon de hidratigitaj adsorbaj tegaĵoj, kiuj havas kelkajn avantaĝojn super la ofte studataj fizikaj adsorbantoj.
La stampitaj aluminioplatoj uzitaj 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 kompozitoj estas elektitaj laŭ iliaj termodinamikaj ecoj, nome, depende de la kvanto da akvo, kiun ili povas adsorbi/desorbi je 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 ecoj estis sisteme mezuritaj kaj trovitaj taŭgaj por aplikoj en la kampoj de adsorba fridigo, varmopumpiloj kaj energiakumulado. 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 klorida heksahidrato CAS-numero 7774-34-7 97% uzita (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germanio).
Zinka sulfato (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) kaj ĝiaj hidratoj havas termodinamikajn ecojn taŭgajn por malalttemperaturaj adsorbaj procezoj45,46. Zinka sulfata heptahidrato CAS-Nr. 7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germanio) estis uzata.
Stroncia klorido (SrCl2) (H318) ankaŭ havas interesajn termodinamikajn ecojn4,45,47 kvankam ĝi ofte estas kombinita kun amoniako en esplorado pri adsorbaj varmopumpiloj aŭ energiakumulado. Stroncia klorida heksahidrato CAS-Nr. 10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, Sankta Luiso, Misurio, Usono) estis uzata por la sintezo.
Kuprosulfato (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) ne estas inter la hidratoj ofte troveblaj en la faka literaturo, kvankam ĝiaj termodinamikaj ecoj interesas por aplikoj je malalta temperaturo48,49. Kuprosulfato CAS-Nr. 7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, Sankta Luiso, MO, Usono) estis uzata por la sintezo.
Magnezia klorido (MgCl2) estas unu el la hidratigitaj saloj, kiu lastatempe ricevis pli da atento en la kampo de varmena energiakumulado50,51. Por la eksperimentoj oni uzis magnezian kloridan heksahidraton CAS-Nr. 7791-18-6 de pura farmacia grado (Applichem GmbH., Darmstadt, Germanio).
Kiel menciite supre, hidroksietilcelulozo estis elektita pro la pozitivaj rezultoj en similaj aplikoj. La materialo uzita en nia sintezo estas hidroksietilcelulozo CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, Usono).
Metalfibroj estas faritaj el mallongaj dratoj kunligitaj per kunpremo kaj sinterizado, procezo konata kiel fandekstraktado per fandado per fandaĵo (CME)52. Tio signifas, ke ilia varmokondukteco dependas ne nur de la groca 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 emas esti distribuitaj en certa direkto dum produktado, kio faras la varmokonduktecon en la transversa direkto multe pli malalta.
La akvoabsorbaj ecoj estis esploritaj per samtempa termogravimetria analizo (TGA)/diferenca termogravimetria analizo (DTG) en vakua pakaĵo (Netzsch TG 209 F1 Libra). La mezuradoj estis faritaj en fluanta nitrogena atmosfero je flukvanto de 10 ml/min kaj temperaturintervalo de 25 ĝis 150°C en aluminiooksidaj krisoloj. La varmigrapideco estis 1 °C/min, la specimenpezo variis de 10 ĝis 20 mg, la rezolucio estis 0.1 μg. En ĉi tiu laboro, oni notu, ke la masdiferenco po surfacunuo havas grandan necertecon. La specimenoj uzitaj en TGA-DTG estas tre malgrandaj kaj neregule tranĉitaj, kio igas ilian arean determinadon malpreciza. Ĉi tiuj valoroj povas esti ekstrapolitaj al pli granda areo nur se oni konsideras grandajn deviojn.
Malfortigitaj totalaj reflektaj Fourier-transformaj infraruĝaj spektroj (ATR-FTIR) estis akiritaj per Bruker Vertex 80 v FTIR-spektrometro (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Germanio) uzante ATR-platenan akcesoraĵon (Bruker Optik GmbH, Germanio). La spektroj de puraj sekaj diamantaj kristaloj estis mezuritaj rekte en vakuo antaŭ ol uzi la specimenojn 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. La ondonombro varias de 8000 ĝis 500 cm⁻¹. Spektra analizo estis farita uzante la programon OPUS.
SEM-analizo estis farita uzante DSM 982 Gemini de Zeiss je akcelaj tensioj de 2 kaj 5 kV. Energi-dispersa rentgen-spektroskopio (EDX) estis farita uzante Thermo Fischer System 7 kun Peltier-malvarmigita silicia drivdetektilo (SSD).
La preparado de metalaj platoj estis efektivigita laŭ proceduro simila al tiu priskribita en 53. Unue, mergu la platon en 50% sulfata acido dum 15 minutoj. Poste ili estis enkondukitaj en 1 M natrian hidroksidan solvaĵon dum ĉirkaŭ 10 sekundoj. Poste 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% saturitan solvaĵon de HEC kaj cela salo. Fine, elprenu ilin kaj sekigu ilin je 60°C.
La anodiga metodo plibonigas kaj plifortigas la naturan oksidan tavolon sur la pasiva metalo. La aluminiaj paneloj estis anodizitaj per sulfata acido en hardita stato kaj poste sigelitaj en varma akvo. Anodigado sekvis komencan gratadon kun 1 mol/l NaOH (600 s) sekvata de neŭtraligo en 1 mol/l HNO3 (60 s). La elektrolita solvaĵo estas miksaĵo de 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3, kaj 1 M MgSO4 + 7H2O. Anodigado estis efektivigita je (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 dum 1200 sekundoj. La sigelado estis efektivigita en diversaj salaj solvaĵoj 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 kompozitojn estis esploritaj: glua tegaĵo, rekta reakcio kaj surfaca traktado. La avantaĝoj kaj malavantaĝoj de ĉiu trejnadmetodo estas sisteme analizitaj kaj diskutitaj. Rekta observado, nanobildigo kaj kemia/elementa analizo estis uzitaj por taksi la rezultojn.
Anodizado estis elektita kiel konverta surfactraktada metodo por pliigi la adheron de salhidratoj. Ĉi tiu surfactraktado kreas poran strukturon de alumino (aluminio) rekte sur la aluminia surfaco. Tradicie, ĉi tiu metodo konsistas el du etapoj: la unua etapo kreas poran strukturon de aluminio-oksido, kaj la dua etapo kreas tegaĵon de aluminio-hidroksido, kiu fermas la porojn. Jen du metodoj por bloki salon sen bloki aliron al la gasa fazo. La unua konsistas el mielĉelara sistemo uzanta malgrandajn aluminio-oksidajn (Al2O3) tubojn akiritajn en la unua paŝo por teni la adsorbajn kristalojn kaj pliigi ĝian adheron al metalaj surfacoj. La rezultantaj mielĉelaroj havas diametron de ĉirkaŭ 50 nm kaj longon de 200 nm (Fig. 1a). Kiel menciite antaŭe, ĉi tiuj kavaĵoj estas kutime fermitaj en dua paŝo per maldika tavolo de Al2O(OH)2 boehmito subtenata de la alumino-tuba bolprocezo. En la dua metodo, ĉi tiu sigelado-procezo estas modifita tiel, ke la salkristaloj estas kaptitaj en unuforme kovranta tavolo de boehmito (Al2O(OH)), kiu ne estas uzata por sigelado en ĉi tiu kazo. La dua etapo estas efektivigita en saturita solvaĵo de la koresponda salo. La priskribitaj padronoj havas grandecojn en la intervalo de 50–100 nm kaj aspektas kiel ŝprucigitaj gutoj (Fig. 1b). La surfaco akirita kiel rezulto de la sigelado-procezo havas okulfrapan spacan strukturon kun pliigita kontakta areo. Ĉi tiu surfaca padrono, kune kun iliaj multaj ligo-konfiguracioj, estas ideala por porti kaj teni salkristalojn. Ambaŭ priskribitaj strukturoj ŝajnas esti vere poraj kaj havas malgrandajn kavaĵojn, kiuj ŝajnas esti bone taŭgaj por reteni salhidratojn kaj adsorbi vaporojn al la salo dum la funkciado de la adsorbilo. Tamen, elementa analizo de ĉi tiuj surfacoj uzante EDX povas detekti spurojn de magnezio kaj sulfuro sur la surfaco de boehmito, kiuj ne estas detektitaj en la kazo de alumina surfaco.
La ATR-FTIR de la specimeno konfirmis, ke la elemento estis magnezia sulfato (vidu Figuron 2b). La spektro montras karakterizajn sulfatjonajn pintojn je 610–680 kaj 1080–1130 cm–1 kaj karakterizajn kradakvajn pintojn je 1600–1700 cm–1 kaj 3200–3800 cm–1 (vidu Fig. 2a, c). La ĉeesto de magneziaj jonoj preskaŭ ne ŝanĝas la spektron54.
(a) EDX de boehmit-kovrita MgSO4-aluminia plato, (b) ATR-FTIR-spektroj de boehmit- kaj MgSO4-tegaĵoj, (c) ATR-FTIR-spektroj de pura MgSO4.
La konservado de la adsorba efikeco estis konfirmita per TGA. Figuro 3b montras desorban pinton de proksimume 60 °C. Ĉi tiu pinto ne kongruas kun la temperaturo de la du pintoj observitaj en TGA de pura salo (Figuro 3a). La ripeteblo de la adsorbo-desorba ciklo estis taksita, kaj la sama kurbo estis observita post metado de la specimenoj en humidan atmosferon (Figuro 3c). La diferencoj observitaj en la dua stadio de desorbo povas esti la rezulto de dehidratiĝo en fluanta atmosfero, ĉar tio ofte kondukas al nekompleta dehidratiĝo. Ĉi tiuj valoroj kongruas kun proksimume 17,9 g/m² en la unua deakvigo kaj 10,3 g/m² en la dua deakvigo.
Komparo de TGA-analizo de boehmito kaj MgSO4: TGA-analizo de pura MgSO4 (a), miksaĵo (b) kaj post rehidratigo (c).
La sama metodo estis efektivigita kun kalcia klorido kiel adsorbanto. La rezultoj estas prezentitaj en Figuro 4. Vida inspektado de la surfaco montris 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. Ĉi tio povas ŝuldiĝi al la fakto, ke la proporcio de salo estas tro malgranda kompare kun la tuta maso de la substrato por detekto per TGA.
La rezultoj de surfaca traktado de la kuprosulfata tegaĵo per la anodiga metodo estas montritaj en fig. 5. En ĉi tiu kazo, la atendata enkorpigo de CuSO4 en la Al-oksidan strukturon ne okazis. Anstataŭe, lozaj pingloj estas observitaj, ĉar ili estas ofte uzataj por kuprohidroksido Cu(OH)2 uzata kun tipaj turkisaj tinkturfarboj.
La anodigita surfaca traktado ankaŭ estis testita kombine kun stroncia klorido. La rezultoj montris neegalan kovron (vidu Figuron 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 kovron de stroncia 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), malriĉajn je kloro kaj riĉajn je sulfuro. Ĉi tio povas indiki la formadon de stroncia sulfato. Pli helaj 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 je 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 desorba maso determinita en la eksperimentoj respondas al la kvanto de 7.3 g/m² eligita por unuo de areo de la adsorbilo je temperaturo de 150°C.
Ankaŭ per eloksal-traktitaj zinksulfataj tegaĵoj estis testitaj. Makroskope, la tegaĵo estas tre maldika kaj unuforma tavolo (Fig. 7a). Tamen, SEM rivelis surfacareon kovritan per malgrandaj kristaloj apartigitaj per malplenaj areoj (Fig. 7b). La TGA de la tegaĵo kaj substrato estis komparita kun tiu de pura salo (Figuro 7c). Pura salo havas unu nesimetrian pinton je 59.1°C. La tegita aluminio montris du malgrandajn pintojn je 55.5°C kaj 61.3°C, indikante la ĉeeston de zinksulfata hidrato. La masa diferenco rivelita en la eksperimento respondas al 10.9 g/m² je dehidratiĝa temperaturo de 150°C.
Kiel en la antaŭa apliko53, hidroksietilcelulozo estis uzata kiel ligilo por plibonigi la adheron kaj stabilecon de la sorba tegaĵo. Materiala kongruo kaj efiko sur adsorba agado estis taksitaj per TGA. La analizo estas efektivigita rilate al la tuta maso, t.e. la specimeno inkluzivas metalan platon uzatan kiel tegaĵan substraton. Adhero estas testita per testo bazita sur la kruc-noĉa testo difinita en la specifo ISO2409 (ne povas plenumi la specifon pri noĉa apartigo depende de la dikeco kaj larĝo de la specifo).
Kovrado de la paneloj per kalcia klorido (CaCl2) (vidu Fig. 8a) rezultigis neegalan distribuon, kio ne estis observita en la pura aluminio-tegaĵo uzita por la transversa noĉtesto. Kompare kun la rezultoj por pura CaCl2, TGA (Fig. 8b) montras du karakterizajn pintojn ŝovitajn al pli malaltaj temperaturoj de 40 kaj 20 °C, respektive. La transversa sekco-testo ne permesas objektivan komparon ĉar la pura CaCl2-specimeno (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 masa diferenco montrita en fig. 8b respondas al 51.3 g/m2 por areo-unuo de la adsorbilo je temperaturo de 150 °C.
Pozitivaj rezultoj rilate al adhero kaj homogeneco ankaŭ estis akiritaj per magnezia sulfato (MgSO4) (vidu Fig. 9). Analizo de la desorba procezo de la tegaĵo montris la ĉeeston de unu pinto de proksimume 60°C. Ĉi tiu temperaturo korespondas al la ĉefa desorba paŝo vidita en la dehidratiĝo de puraj saloj, reprezentante plian paŝon je 44°C. Ĝi korespondas al la transiro de heksahidrato al pentahidrato kaj ne estas observata en la kazo de tegaĵoj kun ligiloj. Sekcaj testoj montras plibonigitan distribuon kaj adheron kompare kun tegaĵoj faritaj uzante puran salon. La masa diferenco observita en TGA-DTC korespondas al 18.4 g/m2 por surfacunuo de la adsorbilo je temperaturo de 150°C.
Pro surfacaj neregulaĵoj, stroncia klorido (SrCl2) havas neegalan tegaĵon sur la naĝiloj (Fig. 10a). Tamen, la rezultoj de la transversa noĉtesto montris unuforman distribuon kun signife plibonigita adhero (Fig. 10c). TGA-analizo montris tre malgrandan diferencon en pezo, kiu devas esti pro la pli malalta salenhavo kompare kun la metala substrato. Tamen, la ŝtupoj sur la kurbo montras la ĉeeston de dehidratiĝa procezo, kvankam la pinto estas asociita kun la temperaturo akirita dum karakterizado de pura salo. La pintoj je 110°C kaj 70.2°C observitaj en Fig. 10b ankaŭ estis trovitaj dum analizo de pura salo. Tamen, la ĉefa dehidratiĝa paŝo observita en pura salo je 50°C ne estis reflektita en la kurboj uzantaj la ligilon. Kontraste, la ligilomiksaĵo 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 por unuo de surfaco de la adsorbilo.
La kombinaĵo de HEC kaj zinka sulfato (ZnSO4) ne donis akcepteblajn rezultojn (Figuro 11). TGA-analizo de la kovrita metalo ne rivelis iujn ajn dehidratiĝajn procezojn. Kvankam la distribuo kaj adhero de la tegaĵo pliboniĝis, ĝiaj ecoj ankoraŭ estas malproksimaj de optimumaj.
La plej simpla maniero kovri metalfibrojn per maldika kaj unuforma tavolo estas malseka impregnado (Fig. 12a), kiu inkluzivas preparadon de la cela salo kaj impregnadon de metalfibroj per akva solvaĵo.
Dum preparado por malseka impregnado, oni renkontas du ĉefajn problemojn. Unuflanke, la surfaca tensio de la sala solvaĵo malhelpas la ĝustan enkorpigon de la likvaĵo en la poran strukturon. Kristaliĝo sur la ekstera surfaco (Fig. 12d) kaj aervezikoj kaptitaj ene de la strukturo (Fig. 12c) povas esti reduktitaj nur per malaltigo de la surfaca tensio kaj antaŭmalsekigo de la specimeno per distilita akvo. Deviga dissolvo en la specimeno per evakuado de la aero interne aŭ per kreado de solva fluo en la strukturo estas aliaj efikaj manieroj certigi kompletan plenigon de la strukturo.
La dua problemo renkontita dum la preparado estis la forigo de la filmo de parto de la salo (vidu Fig. 12b). Ĉi tiu fenomeno karakteriziĝas per la formado de seka tavolo sur la dissolva surfaco, kiu haltigas la konvekte stimulitan sekigadon kaj komencas la difuz-stimulitan procezon. La dua mekanismo estas multe pli malrapida ol la unua. Rezulte, alta temperaturo estas necesa por akceptebla sekigtempo, kio 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 koncentriĝŝanĝo (vaporiĝo), sed sur temperaturŝanĝo (kiel en la ekzemplo kun MgSO4 en Fig. 13).
Skemata prezento de la kristaliĝa procezo dum malvarmigo kaj apartigo de solidaj kaj likvaj fazoj uzante MgSO4.
Saturitaj salsolvaĵoj povas esti preparitaj je aŭ super ĉambra temperaturo (HT) per ĉi tiu metodo. En la unua kazo, kristaliĝo estis devigita per malaltigo de la temperaturo sub ĉambran temperaturon. En la dua kazo, kristaliĝo okazis kiam la specimeno estis malvarmigita ĝis ĉambra temperaturo (RT). La rezulto estas miksaĵo de kristaloj (B) kaj dissolvitaj (A), kies likva parto estas forigita per premaero. Ĉi tiu aliro ne nur evitas la formadon de filmo sur ĉi tiuj hidratoj, sed ankaŭ reduktas la tempon bezonatan por la preparado de aliaj kompozitoj. Tamen, la forigo de likvaĵo per premaero kondukas al plia kristaliĝo de la salo, rezultante en pli dika tegaĵo.
Alia metodo uzebla por kovri metalajn surfacojn implikas la rektan produktadon de celaj saloj per kemiaj reakcioj. Kovritaj varmointerŝanĝiloj faritaj per la reakcio 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 reakcio. La premo de la hidrogenaj gasvezikoj akumuliĝas ene de la sondilo kaj ŝanĝiĝas dum la produkto estas elĵetita (Fig. 14a).
La tegaĵo estis modifita per kemia reakcio por pli bone kontroli la dikecon kaj distribuon de la tegaĵo. Ĉi tiu metodo implikas trapasigi fluon de acida nebulo tra la specimeno (Figuro 14b). Oni atendas, ke tio rezultigos unuforman tegaĵon per reakcio kun la substrata metalo. La rezultoj estis kontentigaj, sed la procezo estis tro malrapida por esti konsiderata efika metodo (Figuro 14c). Pli mallongaj reakciaj tempoj povas esti atingitaj per loka varmigo.
Por superi la malavantaĝojn de la supre menciitaj metodoj, oni studis tegan metodon bazitan sur la uzo de gluaĵoj. 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 proceduro kiel por la ripoj, t.e. trempitaj en 50% vol. sulfata acido ene de 15 minutoj, poste trempitaj en natria hidroksido dum 20 sekundoj, lavitaj en distilita akvo kaj fine trempitaj en distilita akvo dum 30 minutoj. En ĉi tiu kazo, plia paŝo estis aldonita antaŭ la impregnado. Mergu la specimenon nelonge en diluitan celan salsolvaĵon kaj sekigu ĝin je proksimume 60°C. La procezo estas desegnita por modifi la surfacon de la metalo, kreante nukleajn lokojn, kiuj plibonigas la distribuon de la tegaĵo en la fina stadio. La fibreca strukturo havas unu flankon, kie la filamentoj estas pli maldikaj kaj dense pakitaj, kaj la kontraŭan flankon, kie la filamentoj estas pli dikaj kaj malpli distribuitaj. Ĉi tio estas la rezulto de 52 fabrikadaj procezoj.
La rezultoj por kalcia klorido (CaCl2) estas resumitaj kaj ilustritaj per bildoj en Tabelo 1. Bona kovro post inokulado. Eĉ tiuj fadenoj sen videblaj kristaloj sur la surfaco havis reduktitajn metalajn reflektojn, indikante ŝanĝon en la 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 koncentriĝis ĉe la intersekcoj de la strukturoj. Ĉi tio estas efiko kaŭzita de la surfaca tensio de la solvaĵo. Post trempado, la likvaĵo restas ene de la specimeno pro sia surfaca tensio. Baze ĝi okazas ĉe la intersekco de strukturoj. La plej bona flanko de la specimeno havas plurajn truojn plenajn de salo. La pezo pliiĝis je 0,06 g/cm3 post la tegaĵo.
Kovrado per magnezia sulfato (MgSO4) produktis pli da salo por volumenunuo (Tabelo 2). En ĉi tiu kazo, la mezurita pliigo estas 0.09 g/cm3. La sema procezo rezultigis ampleksan kovradon de la specimeno. Post la kovrada 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, salformado facile observeblas ĉe la intersekco de la strukturoj, konfirmante, ke la kovrada procezo estas ĉefe pro la surfaca tensio de la likvaĵo, kaj ne pro la interago inter la salo kaj la metala substrato.
La rezultoj por la kombinaĵo de stroncia klorido (SrCl2) kaj HEC montris similajn ecojn al la antaŭaj ekzemploj (Tabelo 3). En ĉi tiu kazo, la pli maldika flanko de la specimeno estas preskaŭ tute kovrita. Nur individuaj poroj estas videblaj, formitaj dum sekigado kiel rezulto de la liberigo de vaporo el la specimeno. La observita padrono sur la mata 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 termikan funkciadon de la varmointerŝanĝilo, la efika varmokondukteco de la kovrita fibreca strukturo estis determinita kaj komparita kun la pura kovrila materialo. Varmokondukteco estis mezurita laŭ ASTM D 5470-2017 uzante la platan 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 uzitaj en la nuna studo, ĉar la mezuradoj estas faritaj en stabila stato kaj kun sufiĉa specimena grandeco (baza areo 30 × 30 mm2, alto proksimume 15 mm). Specimenoj de la pura kovrila materialo (referenco) kaj la kovrita fibrostrukturo estis preparitaj por mezuradoj en la direkto de la fibro kaj perpendikulare al la direkto de la fibro por taksi la efikon de anizotropa varmokondukteco. La specimenoj estis muelitaj sur la surfaco (P320-grajno) por minimumigi la efikon de surfaca malglateco pro specimena preparado, kiu ne reflektas la strukturon ene de la specimeno.