Täname, et külastasite veebisaiti Nature.com.Teie kasutataval brauseri versioonil on piiratud CSS-i tugi.Parima kasutuskogemuse saamiseks soovitame kasutada uuendatud brauserit (või keelata Internet Exploreris ühilduvusrežiim).Seni renderdame saidi jätkuva toe tagamiseks ilma stiilide ja JavaScriptita.
Adsorptsioonkülmutussüsteemide ja soojuspumpade turuosa on võrreldes traditsiooniliste kompressorsüsteemidega endiselt suhteliselt väike.Vaatamata odava soojuse kasutamise tohutule eelisele (kalli elektritöö asemel), piirdub adsorptsioonipõhimõtetel põhinevate süsteemide rakendamine siiski mõne konkreetse rakendusega.Peamine puudus, mis tuleb kõrvaldada, on erivõimsuse vähenemine madala soojusjuhtivuse ja adsorbendi madala stabiilsuse tõttu.Praeguse tehnika tasemega kaubanduslikud adsorptsiooniga külmutussüsteemid põhinevad adsorberitel, mis põhinevad plaatsoojusvahetitel, mis on kaetud jahutusvõimsuse optimeerimiseks.Tulemused on hästi teada, et katte paksuse vähendamine viib massiülekandetakistuse vähenemiseni ning juhtivate struktuuride pindala ja ruumala suhte suurendamine suurendab võimsust ilma tõhusust kahjustamata.Selles töös kasutatud metallkiud võivad anda eripinna vahemikus 2500–50 000 m2/m3.Kolm meetodit väga õhukeste, kuid stabiilsete soolahüdraatide katete saamiseks metallpindadele, sealhulgas metallkiududele, katete tootmiseks demonstreerivad esimest korda suure võimsustihedusega soojusvahetit.Alumiiniumi anodeerimisel põhinev pinnatöötlus on valitud nii, et tekiks tugevam side katte ja aluspinna vahel.Saadud pinna mikrostruktuuri analüüsiti skaneeriva elektronmikroskoopia abil.Vähendatud kogupeegeldus Soovitud liikide olemasolu kontrollimiseks testis kasutati Fourier' teisenduse infrapunaspektroskoopiat ja energiat hajutavat röntgenspektroskoopiat.Nende võimet moodustada hüdraate kinnitati kombineeritud termogravimeetrilise analüüsi (TGA) / diferentsiaaltermogravimeetrilise analüüsi (DTG) abil.MgSO4 kattes leiti halva kvaliteediga üle 0,07 g (vesi)/g (komposiit), mis näitas umbes 60 °C juures dehüdratsiooni märke ja reprodutseeritav pärast rehüdratatsiooni.Positiivsed tulemused saadi ka SrCl2 ja ZnSO4 puhul massivahega umbes 0,02 g/g alla 100 °C.Lisandiks valiti hüdroksüetüültselluloos, et suurendada katte stabiilsust ja adhesiooni.Toodete adsorptsiooniomadusi hinnati samaaegse TGA-DTG abil ja nende nakkuvust iseloomustati ISO2409-s kirjeldatud testidel põhineva meetodiga.CaCl2 katte konsistents ja adhesioon paranevad märkimisväärselt, säilitades samal ajal selle adsorptsioonivõime kaaluvahega umbes 0,1 g/g temperatuuril alla 100 °C.Lisaks säilitab MgSO4 võime moodustada hüdraate, näidates alla 100 °C temperatuuride juures massierinevust üle 0,04 g/g.Lõpuks uuritakse kaetud metallkiude.Tulemused näitavad, et Al2(SO4)3-ga kaetud kiustruktuuri efektiivne soojusjuhtivus võib olla 4,7 korda kõrgem võrreldes puhta Al2(SO4)3 mahuga.Uuritud katete katet uuriti visuaalselt, sisestruktuuri hinnati ristlõigete mikroskoopilise kujutise abil.Saadi umbes 50 µm paksune Al2(SO4)3 kattekiht, kuid ühtlasema jaotuse saavutamiseks tuleb kogu protsessi optimeerida.
Adsorptsioonisüsteemid on viimastel aastakümnetel pälvinud palju tähelepanu, kuna need on keskkonnasõbralik alternatiiv traditsioonilistele kompressioonsoojuspumpadele või jahutussüsteemidele.Tõusvate mugavusstandardite ja globaalsete keskmiste temperatuuride tõttu võivad adsorptsioonisüsteemid lähitulevikus vähendada sõltuvust fossiilkütustest.Lisaks saab kõik adsorptsiooniga külmutusseadmete või soojuspumpade täiustused üle kanda soojusenergia salvestamisse, mis suurendab primaarenergia tõhusa kasutamise potentsiaali.Adsorptsioonsoojuspumpade ja jahutussüsteemide peamine eelis on see, et need võivad töötada väikese soojusmassiga.See muudab need sobivad madala temperatuuriga allikateks, nagu päikeseenergia või heitsoojus.Energia salvestamise rakenduste osas on adsorptsiooni eeliseks suurem energiatihedus ja väiksem energia hajumine võrreldes mõistliku või varjatud soojussalvestusega.
Adsorptsioonsoojuspumbad ja jahutussüsteemid järgivad sama termodünaamilist tsüklit nagu nende aurukompressiooni kolleegid.Peamine erinevus on kompressori komponentide asendamine adsorberitega.Element on võimeline adsorbeerima madala rõhuga külmutusagensi auru mõõdukatel temperatuuridel, aurustades rohkem külmaainet isegi siis, kui vedelik on külm.Adsorptsiooni entalpia (eksotermia) välistamiseks on vaja tagada adsorberi pidev jahutamine.Adsorber regenereeritakse kõrgel temperatuuril, põhjustades külmutusagensi aurude desorbeerumise.Kuumutamine peab jätkuma, et tagada desorptsiooni entalpia (endotermiline).Kuna adsorptsiooniprotsesse iseloomustavad temperatuurimuutused, nõuab suur võimsustihedus kõrget soojusjuhtivust.Madal soojusjuhtivus on aga enamiku rakenduste peamine puudus.
Juhtivuse peamine probleem on selle keskmise väärtuse suurendamine, säilitades samal ajal adsorptsiooni/desorptsiooni aurude voolu võimaldava transporditee.Selle saavutamiseks kasutatakse tavaliselt kahte lähenemisviisi: komposiitsoojusvahetid ja kaetud soojusvahetid.Kõige populaarsemad ja edukamad komposiitmaterjalid on need, mis kasutavad süsinikupõhiseid lisandeid, nimelt paisutatud grafiiti, aktiivsütt või süsinikkiude.Oliveira jt.2 immutatud paisutatud grafiidipulber kaltsiumkloriidiga, et saada adsorber, mille erijahutusvõimsus (SCP) on kuni 306 W/kg ja jõudluskoefitsient (COP) kuni 0,46.Zajaczkowski jt.3 pakkus välja paisutatud grafiidi, süsinikkiu ja kaltsiumkloriidi kombinatsiooni, mille kogujuhtivus on 15 W/mK.Jian jt4 testisid komposiite väävelhappega töödeldud paisutatud loodusliku grafiidiga (ENG-TSA) substraadina kaheetapilises adsorptsioonijahutustsüklis.Mudel ennustas COP-i vahemikus 0,215–0,285 ja SCP-d vahemikus 161,4–260,74 W/kg.
Kõige elujõulisem lahendus on kaetud soojusvaheti.Nende soojusvahetite kattemehhanismid võib jagada kahte kategooriasse: otsesüntees ja liimid.Kõige edukam meetod on otsene süntees, mis hõlmab adsorbeerivate materjalide moodustamist otse soojusvahetite pinnale vastavatest reagentidest.Sotech5 on patenteerinud meetodi kaetud tseoliidi sünteesimiseks kasutamiseks Fahrenheit GmbH toodetud jahutite seerias.Schnabel jt6 testisid kahe roostevabale terasele kaetud tseoliidi jõudlust.See meetod töötab aga ainult spetsiifiliste adsorbentide puhul, mistõttu on liimidega katmine huvitav alternatiiv.Sideained on passiivsed ained, mis on valitud sorbendi adhesiooni ja/või massiülekande toetamiseks, kuid ei mängi adsorptsiooni ega juhtivuse suurendamises rolli.Freni et al.7 kaetud alumiiniumist soojusvahetit AQSOA-Z02 tseoliidiga, mis on stabiliseeritud savipõhise sideainega.Calabrese et al.8 uurisid tseoliitkatete valmistamist polümeersete sideainetega.Ammann et al.9 pakkusid välja meetodi poorsete tseoliitkatete valmistamiseks polüvinüülalkoholi magnetsegust.Alumiiniumoksiidi (alumiiniumoksiidi) kasutatakse ka adsorberis sideainena 10.Meile teadaolevalt kasutatakse tselluloosi ja hüdroksüetüültselluloosi ainult koos füüsikaliste adsorbentidega11,12.Mõnikord ei kasutata liimi värvi jaoks, vaid seda kasutatakse konstruktsiooni 13 iseseisvaks ehitamiseks.Alginaatpolümeermaatriksite kombinatsioon mitme soolahüdraadiga moodustab painduvad komposiithelmeste struktuurid, mis takistavad kuivamise ajal lekkimist ja tagavad piisava massiülekande.Komposiitide valmistamisel on sideainena kasutatud selliseid savi nagu bentoniit ja attapulgiit15,16,17.Etüültselluloosi on kasutatud kaltsiumkloriidi18 või naatriumsulfiidi19 mikrokapseldamiseks.
Poorse metallstruktuuriga komposiidid võib jagada liitsoojusvahetiteks ja kaetud soojusvahetiteks.Nende struktuuride eeliseks on suur eripind.Selle tulemuseks on suurem kontaktpind adsorbendi ja metalli vahel ilma inertset massi lisamata, mis vähendab jahutustsükli üldist efektiivsust.Lang et al.20 on parandanud alumiiniumist kärgstruktuuriga tseoliidi adsorberi üldist juhtivust.Gillerminot et al.21 parandas NaX tseoliidikihtide soojusjuhtivust vase ja nikli vahuga.Kuigi komposiite kasutatakse faasimuutusmaterjalina (PCM), leidsid Li et al.22 ja Zhao et al.23 on huvipakkuvad ka kemisorptsiooni jaoks.Nad võrdlesid paisutatud grafiidi ja metallvahu toimivust ning jõudsid järeldusele, et viimane on eelistatavam ainult siis, kui korrosioon ei ole probleem.Palomba et al.on hiljuti võrrelnud teisi metallist poorseid struktuure24.Van der Pal et al.on uurinud vahtudesse sisestatud metallisoolasid 25 .Kõik eelnevad näited vastavad tahkete osakeste adsorbentide tihedatele kihtidele.Metallist poorseid struktuure adsorberite katmiseks praktiliselt ei kasutata, mis on optimaalsem lahendus.Tseoliitidega seondumise näite võib leida artiklist Wittstadt et al.26, kuid soolahüdraate ei ole püütud siduda vaatamata nende suuremale energiatihedusele 27 .
Seega uuritakse selles artiklis kolme adsorbentkatete valmistamise meetodit: (1) sideainega katmine, (2) otsereaktsioon ja (3) pinnatöötlus.Hüdroksüetüültselluloos oli selles töös valitud sideaine tänu eelnevalt teatatud stabiilsusele ja heale katte adhesioonile kombinatsioonis füüsiliste adsorbentidega.Seda meetodit uuriti algselt lamekatete puhul ja hiljem rakendati metallkiudstruktuuridele.Varem teatati adsorbeerivate kattekihtide moodustumisega keemiliste reaktsioonide võimalikkuse esialgsest analüüsist.Varasemad kogemused kanduvad nüüd üle metallkiudkonstruktsioonide katmisse.Antud tööks valitud pinnatöötlus on alumiiniumi anodeerimisel põhinev meetod.Alumiiniumi anodeerimist on esteetilistel eesmärkidel edukalt kombineeritud metallisooladega29.Sellistel juhtudel on võimalik saada väga stabiilseid ja korrosioonikindlaid katteid.Kuid nad ei saa läbi viia adsorptsiooni ega desorptsiooni.Selles artiklis esitatakse selle lähenemisviisi variant, mis võimaldab massi liigutada, kasutades algse protsessi kleepuvaid omadusi.Meie teadmiste kohaselt ei ole ühtegi siin kirjeldatud meetoditest varem uuritud.Need kujutavad endast väga huvitavat uut tehnoloogiat, kuna võimaldavad moodustada hüdraatunud adsorbentkatteid, millel on sageli uuritud füüsikaliste adsorbentide ees mitmeid eeliseid.
Nendes katsetes substraatidena kasutatud tembeldatud alumiiniumplaadid tarnis ALINVEST Břidličná, Tšehhi Vabariik.Need sisaldavad 98,11% alumiiniumi, 1,3622% rauda, ​​0,3618% mangaani ning vase, magneesiumi, räni, titaani, tsingi, kroomi ja nikli jälgi.
Komposiitide valmistamiseks valitud materjalid valitakse vastavalt nende termodünaamilistele omadustele, nimelt sõltuvalt vee hulgast, mida nad suudavad adsorbeerida/desorbeerida temperatuuril alla 120°C.
Magneesiumsulfaat (MgSO4) on üks huvitavamaid ja uuritumaid hüdraatsooli30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Termodünaamilisi omadusi on süstemaatiliselt mõõdetud ja leitud, et need sobivad kasutamiseks adsorptsioonjahutuse, soojuspumpade ja energiasalvestuse valdkonnas.Kasutati kuiva magneesiumsulfaati CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Saksamaa).
Kaltsiumkloriid (CaCl2) (H319) on veel üks hästi uuritud sool, kuna selle hüdraadil on huvitavad termodünaamilised omadused41,42,43,44.Kaltsiumkloriidheksahüdraat CAS-nr.7774-34-7 97% kasutatud (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Saksamaa).
Tsinksulfaadil (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) ja selle hüdraatidel on termodünaamilised omadused, mis sobivad madalatemperatuurilisteks adsorptsiooniprotsessideks45,46.Kasutati tsinksulfaatheptahüdraati CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Saksamaa).
Strontsiumkloriidil (SrCl2) (H318) on ka huvitavad termodünaamilised omadused4, 45, 47, kuigi seda kombineeritakse sageli ammoniaagiga adsorptsioonsoojuspumba või energiasalvestuse uurimisel.Sünteesiks kasutati strontsiumkloriidheksahüdraati CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA).
Vasksulfaat (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) ei kuulu erialakirjanduses sageli leiduvate hüdraatide hulka, kuigi selle termodünaamilised omadused pakuvad huvi madala temperatuuriga rakendustes48,49.Sünteesiks kasutati vasksulfaati CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Magneesiumkloriid (MgCl2) on üks hüdraatunud sooladest, millele on viimasel ajal soojusenergia salvestamise valdkonnas rohkem tähelepanu pööratud50,51.Katsetes kasutati magneesiumkloriidheksahüdraati CAS-Nr.7791-18-6 (Applichem GmbH., Darmstadt, Saksamaa).
Nagu eespool mainitud, valiti hüdroksüetüültselluloos sarnaste rakenduste positiivsete tulemuste tõttu.Meie sünteesis kasutatud materjal on hüdroksüetüültselluloos CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Metallkiud on valmistatud lühikestest juhtmetest, mis on kokku liimitud kokkupressimise ja paagutamise teel, mida nimetatakse tiigli sulati ekstraheerimiseks (CME)52.See tähendab, et nende soojusjuhtivus ei sõltu ainult valmistamisel kasutatud metallide mahujuhtivusest ja lõppstruktuuri poorsusest, vaid ka keermetevaheliste sidemete kvaliteedist.Kiud ei ole isotroopsed ja kipuvad tootmise käigus jaotuma kindlas suunas, mistõttu soojusjuhtivus põikisuunas on tunduvalt väiksem.
Veeimavusomadusi uuriti samaaegse termogravimeetrilise analüüsi (TGA) / diferentsiaaltermogravimeetrilise analüüsi (DTG) abil vaakumpakendis (Netzsch TG 209 F1 Libra).Mõõtmised viidi läbi voolavas lämmastikuatmosfääris voolukiirusel 10 ml/min ja temperatuurivahemikus 25–150 °C alumiiniumoksiidi tiiglites.Kuumutamiskiirus oli 1 °C/min, proovi mass varieerus 10–20 mg, eraldusvõime oli 0,1 μg.Selles töös tuleb märkida, et masside erinevus pinnaühiku kohta on suure määramatusega.TGA-DTG-s kasutatavad proovid on väga väikesed ja ebakorrapäraselt lõigatud, mistõttu on nende pindala määramine ebatäpne.Neid väärtusi saab ekstrapoleerida ainult suuremale alale, kui võtta arvesse suuri kõrvalekaldeid.
Nõrgestatud täieliku peegelduse Fourier' teisenduse infrapuna (ATR-FTIR) spektrid saadi Bruker Vertex 80 v FTIR spektromeetril (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Saksamaa), kasutades ATR plaatina lisaseadet (Bruker Optik GmbH, Saksamaa).Puhaste kuivade teemantkristallide spektrid mõõdeti vahetult vaakumis enne proovide kasutamist eksperimentaalsete mõõtmiste taustana.Proove mõõdeti vaakumis, kasutades spektraalset eraldusvõimet 2 cm-1 ja skaneerimiste keskmist arvu 32. Lainearv on vahemikus 8000 kuni 500 cm-1.Spektraalanalüüs viidi läbi programmi OPUS abil.
SEM-analüüs viidi läbi, kasutades Zeissi DSM 982 Gemini kiirenduspingetel 2 ja 5 kV.Energia hajutav röntgenspektroskoopia (EDX) viidi läbi, kasutades Thermo Fischer System 7 koos Peltieri jahutatud räni triividetektoriga (SSD).
Metallplaatide ettevalmistamine viidi läbi vastavalt punktis 53 kirjeldatud protseduurile. Esmalt kastke plaat 50% väävelhappesse.15 minutit.Seejärel viidi need umbes 10 sekundiks 1 M naatriumhüdroksiidi lahusesse.Seejärel pesti proove suure koguse destilleeritud veega ja seejärel leotati destilleeritud vees 30 minutit.Pärast esialgset pinnatöötlust sukeldati proovid 3% küllastunud lahusesse.HEC ja sihtsool.Lõpuks võtke need välja ja kuivatage 60°C juures.
Anodeerimismeetod suurendab ja tugevdab passiivse metalli looduslikku oksiidikihti.Alumiiniumpaneelid anodeeriti kõvastunud olekus väävelhappega ja suleti seejärel kuumas vees.Anodeerimisele järgnes algne söövitus 1 mol/l NaOH-ga (600 s), millele järgnes neutraliseerimine 1 mol/l HNO3-s (60 s).Elektrolüüdi lahus on 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 ja 1 M MgSO4 + 7H2O segu.Anodeerimine viidi läbi temperatuuril (40 ± 1) °C, 30 mA/cm2 1200 sekundi jooksul.Sulgemisprotsess viidi läbi erinevates soolveelahustes, nagu on kirjeldatud materjalides (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).Proovi keedetakse selles 1800 sekundit.
Komposiitide tootmiseks on uuritud kolme erinevat meetodit: liimkatet, otsereaktsiooni ja pinnatöötlust.Iga koolitusmeetodi eeliseid ja puudusi analüüsitakse ja arutatakse süstemaatiliselt.Tulemuste hindamiseks kasutati otsevaatlust, nanopildistamist ja keemilist/elementaaranalüüsi.
Konversiooni pinnatöötlusmeetodiks valiti anodeerimine, et suurendada soolahüdraatide adhesiooni.See pinnatöötlus loob alumiiniumoksiidi (alumiiniumoksiidi) poorse struktuuri otse alumiiniumi pinnale.Traditsiooniliselt koosneb see meetod kahest etapist: esimeses etapis luuakse alumiiniumoksiidi poorne struktuur ja teises etapis alumiiniumhüdroksiidist kattekiht, mis sulgeb poorid.Järgnevalt on toodud kaks meetodit soola blokeerimiseks ilma juurdepääsu gaasifaasile blokeerimata.Esimene koosneb kärgstruktuurist, milles kasutatakse väikeseid alumiiniumoksiidi (Al2O3) torusid, mis on saadud esimeses etapis adsorbendikristallide hoidmiseks ja selle nakkuvuse suurendamiseks metallpindadele.Saadud kärgede läbimõõt on umbes 50 nm ja pikkus 200 nm (joonis 1a).Nagu varem mainitud, suletakse need õõnsused tavaliselt teises etapis õhukese Al2O(OH)2-böhmiidi kihiga, mida toetab alumiiniumoksiidi toru keetmine.Teise meetodi puhul muudetakse seda tihendusprotsessi nii, et soolakristallid püütakse kinni ühtlaselt katvasse böömiidikihti (Al2O(OH)), mida antud juhul tihendamiseks ei kasutata.Teine etapp viiakse läbi vastava soola küllastunud lahuses.Kirjeldatud mustrite suurus on vahemikus 50–100 nm ja need näevad välja nagu pritsitud tilgad (joonis 1b).Tihendamisprotsessi tulemusena saadud pinnal on väljendunud ruumiline struktuur suurenenud kontaktpinnaga.See pinnamuster koos paljude liimimiskonfiguratsioonidega sobib ideaalselt soolakristallide kandmiseks ja hoidmiseks.Mõlemad kirjeldatud struktuurid näivad olevat tõeliselt poorsed ja neil on väikesed õõnsused, mis näivad olevat hästi sobivad soola hüdraatide säilitamiseks ja aurude adsorbeerimiseks soolale adsorberi töötamise ajal.Nende pindade elementanalüüs EDX-i abil võib aga tuvastada böömiidi pinnal magneesiumi ja väävli jälgi, mida alumiiniumoksiidi pinna puhul ei tuvastata.
Proovi ATR-FTIR kinnitas, et elemendiks oli magneesiumsulfaat (vt joonis 2b).Spektris on iseloomulikud sulfaadioonide piigid 610–680 ja 1080–1130 cm–1 ning iseloomulikud võre veepiigid 1600–1700 cm–1 ja 3200–3800 cm–1 (vt joonis 2a, c).).Magneesiumiioonide olemasolu spektrit peaaegu ei muuda54.
(a) böhmiitkattega MgSO4 alumiiniumplaadi EDX, (b) böömiit- ja MgSO4 katete ATR-FTIR spektrid, (c) puhta MgSO4 ATR-FTIR spektrid.
Adsorptsiooni efektiivsuse säilitamist kinnitas TGA.Joonisel fig.3b on näidatud desorptsioonipiik ligikaudu60°C.See piik ei vasta puhta soola TGA-s täheldatud kahe piigi temperatuurile (joonis 3a).Hinnati adsorptsiooni-desorptsiooni tsükli korratavust ja sama kõverat täheldati ka pärast proovide asetamist niiskesse atmosfääri (joonis 3c).Desorptsiooni teises etapis täheldatud erinevused võivad olla voolavas atmosfääris dehüdratsiooni tagajärg, kuna see põhjustab sageli mittetäieliku dehüdratsiooni.Need väärtused vastavad ligikaudu 17,9 g/m2 esimesel veetustamisel ja 10,3 g/m2 teisel veetustamisel.
Böömiidi ja MgSO4 TGA analüüsi võrdlus: puhta MgSO4 (a), segu (b) ja pärast rehüdratatsiooni (c) TGA analüüs.
Sama meetod viidi läbi, kasutades adsorbendina kaltsiumkloriidi.Tulemused on toodud joonisel 4. Pinna visuaalne kontroll näitas metallilises helenduses väikseid muutusi.Karv on vaevu nähtav.SEM kinnitas pinnale ühtlaselt jaotunud väikeste kristallide olemasolu.Kuid TGA ei näidanud dehüdratsiooni alla 150 °C.See võib olla tingitud asjaolust, et soola osakaal on substraadi kogumassiga võrreldes TGA abil tuvastamiseks liiga väike.
Vasksulfaatkatte pinnatöötluse tulemused anodeerimismeetodil on näidatud joonisel fig.5. Sel juhul ei toimunud CuSO4 oodatud liitumist Al-oksiidi struktuuriga.Selle asemel täheldatakse lahtisi nõelu, kuna neid kasutatakse tavaliselt vaskhüdroksiidi Cu(OH)2 jaoks, mida kasutatakse tüüpiliste türkiissiniste värvidega.
Anodeeritud pinnatöötlust testiti ka kombinatsioonis strontsiumkloriidiga.Tulemused näitasid ebaühtlast katvust (vt joonis 6a).Et teha kindlaks, kas sool kattis kogu pinna, viidi läbi EDX analüüs.Halli ala punkti kõver (punkt 1 joonisel 6b) näitab vähe strontsiumi ja palju alumiiniumi.See näitab madalat strontsiumisisaldust mõõdetud tsoonis, mis omakorda näitab strontsiumkloriidi madalat katvust.Seevastu valgetel aladel on kõrge strontsiumisisaldus ja madal alumiiniumisisaldus (punktid 2–6 joonisel 6b).Valge ala EDX-analüüs näitab tumedamaid täppe (punktid 2 ja 4 joonisel 6b), madala kloori- ja kõrge väävlisisaldusega.See võib viidata strontsiumsulfaadi moodustumisele.Heledamad täpid peegeldavad suurt kloorisisaldust ja madalat väävlisisaldust (punktid 3, 5 ja 6 joonisel 6b).Seda võib seletada asjaoluga, et põhiosa valgest kattekihist koosneb eeldatavast strontsiumkloriidist.Proovi TGA kinnitas analüüsi tõlgendust piigiga puhta strontsiumkloriidi iseloomuliku temperatuuri juures (joonis 6c).Nende väikest väärtust saab õigustada väikese soolaosaga võrreldes metalltoe massiga.Katsetes määratud desorptsioonimass vastab kogusele 7,3 g/m2, mis eraldub adsorberi pinnaühiku kohta temperatuuril 150°C.
Testiti ka Eloxaliga töödeldud tsinksulfaatkatteid.Makroskoopiliselt on kate väga õhuke ja ühtlane kiht (joon. 7a).SEM näitas aga väikeste kristallidega kaetud pindala, mida eraldasid tühjad alad (joonis 7b).Katte ja substraadi TGA-d võrreldi puhta soola omaga (joonis 7c).Puhtal soolal on üks asümmeetriline tipp 59,1 °C juures.Kaetud alumiiniumil oli kaks väikest piiki 55,5 °C ja 61,3 °C juures, mis näitavad tsinksulfaathüdraadi olemasolu.Katses ilmnenud massierinevus vastab 10,9 g/m2 dehüdratsioonitemperatuuril 150 °C.
Nagu eelmises taotluses53, kasutati hüdroksüetüültselluloosi sideainena, et parandada sorbentkatte nakkumist ja stabiilsust.Materjalide ühilduvust ja mõju adsorptsiooni jõudlusele hinnati TGA-ga.Analüüs viiakse läbi kogumassi suhtes, st proovis on kattesubstraadina kasutatav metallplaat.Adhesiooni testitakse testiga, mis põhineb ISO2409 spetsifikatsioonis määratletud ristsälgu testil (sõltub spetsifikatsiooni paksusest ja laiusest, see ei vasta sälkude eraldamise spetsifikatsioonile).
Paneelide katmine kaltsiumkloriidiga (CaCl2) (vt joonis 8a) andis tulemuseks ebaühtlase jaotumise, mida põiki sälgukatses kasutatud puhta alumiiniumkatte puhul ei täheldatud.Võrreldes puhta CaCl2 tulemustega, näitab TGA (joonis 8b) kahte iseloomulikku piiki, mis on nihkunud madalamate temperatuuride (vastavalt 40 ja 20 °C) suunas.Ristlõike test ei võimalda objektiivset võrdlust, kuna puhas CaCl2 proov (joonis 8c paremal) on pulbriline sade, mis eemaldab kõige ülemised osakesed.HEC tulemused näitasid väga õhukest ja ühtlast katet, millel oli rahuldav nakkuvus.Joonisel fig.8b vastab 51,3 g/m2 adsorberi pinnaühiku kohta temperatuuril 150 °C.
Positiivsed tulemused adhesiooni ja ühtluse osas saadi ka magneesiumsulfaadiga (MgSO4) (vt joonis 9).Katte desorptsiooniprotsessi analüüs näitas ühe piigi olemasolu u.60°C.See temperatuur vastab põhilisele desorptsioonietapile, mida täheldatakse puhaste soolade dehüdraatimisel, mis esindab teist etappi temperatuuril 44 °C.See vastab üleminekule heksahüdraadilt pentahüdraadile ja seda ei täheldata sideainetega katete puhul.Ristlõike testid näitavad paremat jaotumist ja haardumist võrreldes puhast soola kasutades valmistatud katetega.TGA-DTC-s täheldatud massierinevus vastab 18,4 g/m2 adsorberi pindalaühiku kohta temperatuuril 150 °C.
Pinna ebatasasuste tõttu on strontsiumkloriidil (SrCl2) ribidel ebaühtlane kate (joonis 10a).Kuid põiki sälgu testi tulemused näitasid ühtlast jaotumist oluliselt paranenud nakkumisega (joonis 10c).TGA analüüs näitas väga väikest kaaluvahet, mis peab olema tingitud väiksemast soolasisaldusest võrreldes metallsubstraadiga.Kõveral olevad sammud näitavad aga dehüdratsiooniprotsessi olemasolu, kuigi piiki seostatakse puhta soola iseloomustamisel saadud temperatuuriga.Joonistel fig.10b leiti ka puhta soola analüüsimisel.Kuid peamine dehüdratsioonietapp, mida täheldati puhtas soolas temperatuuril 50 ° C, ei kajastunud sideainet kasutavatel kõveratel.Seevastu sideainesegul oli kaks piiki 20,2 °C ja 94,1 °C juures, mida ei mõõdetud puhta soola puhul (joonis 10b).Temperatuuril 150 °C vastab täheldatud massierinevus 7,2 g/m2 adsorberi pindalaühiku kohta.
HEC ja tsinksulfaadi (ZnSO4) kombinatsioon ei andnud vastuvõetavaid tulemusi (joonis 11).Kaetud metalli TGA analüüs ei näidanud dehüdratsiooniprotsesse.Kuigi katte jaotus ja nakkuvus on paranenud, on selle omadused veel kaugel optimaalsest.
Lihtsaim viis metallkiudude õhukese ja ühtlase kihiga katmiseks on märgimmutamine (joonis 12a), mis hõlmab sihtsoola valmistamist ja metallikiudude immutamist vesilahusega.
Märgimmutamiseks valmistumisel puututakse kokku kahe peamise probleemiga.Ühest küljest takistab soolalahuse pindpinevus vedeliku korrektset sisestamist poorsesse struktuuri.Välispinna kristalliseerumist (joonis 12d) ja konstruktsiooni sisse kinni jäänud õhumulle (joonis 12c) saab vähendada ainult pindpinevust langetades ja proovi eelnevalt destilleeritud veega niisutades.Teised tõhusad viisid konstruktsiooni täieliku täitmise tagamiseks on proovi sundlahustumine õhu evakueerimisega konstruktsioonis või lahuse voolu tekitamise teel.
Teine ettevalmistamise käigus ilmnenud probleem oli kile eemaldamine osalt soolast (vt joonis 12b).Seda nähtust iseloomustab kuiva katte moodustumine lahustumispinnale, mis peatab konvektiivselt stimuleeritud kuivamise ja käivitab difusiooniga stimuleeritud protsessi.Teine mehhanism on palju aeglasem kui esimene.Seetõttu on mõistliku kuivamisaja jaoks vajalik kõrge temperatuur, mis suurendab proovi sees mullide tekkimise ohtu.See probleem lahendatakse alternatiivse kristalliseerimismeetodi kasutuselevõtuga, mis ei põhine mitte kontsentratsiooni muutumisel (aurustumisel), vaid temperatuurimuutusel (nagu MgSO4 näites joonisel 13).
Jahutamise ajal toimuva kristallisatsiooniprotsessi skemaatiline esitus ning tahke ja vedela faasi eraldamine MgSO4 abil.
Seda meetodit kasutades saab valmistada küllastunud soolalahuseid toatemperatuuril (HT) või kõrgemal.Esimesel juhul sunniti kristalliseerumine temperatuuri langetamisega alla toatemperatuuri.Teisel juhul toimus kristalliseerumine, kui proov jahutati toatemperatuurini (RT).Tulemuseks on kristallide (B) ja lahustunud (A) segu, mille vedel osa suruõhuga eemaldatakse.Selline lähenemine mitte ainult ei väldi kile teket nendele hüdraatidele, vaid vähendab ka teiste komposiitide valmistamiseks kuluvat aega.Vedeliku eemaldamine suruõhuga viib aga soola täiendava kristalliseerumiseni, mille tulemuseks on paksem kate.
Teine meetod, mida saab kasutada metallpindade katmiseks, hõlmab sihtsoolade otsest tootmist keemiliste reaktsioonide kaudu.Kaetud soojusvahetitel, mis on valmistatud hapete reaktsioonil ribide ja torude metallpindadele, on mitmeid eeliseid, nagu on kirjeldatud meie eelmises uuringus.Selle meetodi rakendamine kiududele andis väga halbu tulemusi, kuna reaktsiooni käigus tekkisid gaasid.Vesinikgaasimullide rõhk koguneb sondi sees ja nihkub toote väljutamisel (joonis 14a).
Kattekihti on keemilise reaktsiooni abil muudetud, et katte paksust ja jaotumist paremini kontrollida.See meetod hõlmab happeudujoa läbilaskmist proovist (joonis 14b).Selle tulemuseks on eeldatavasti ühtlane kattekiht reaktsioonil substraadi metalliga.Tulemused olid rahuldavad, kuid protsess oli liiga aeglane, et seda tõhusaks meetodiks pidada (joonis 14c).Lokaalse kuumutamise abil saab saavutada lühema reaktsiooniaja.
Ülaltoodud meetodite puuduste ületamiseks on uuritud liimide kasutamisel põhinevat katmismeetodit.HEC valiti eelmises jaotises esitatud tulemuste põhjal.Kõik proovid valmistati 3 massiprotsenti.Sideaine segatakse soolaga.Kiudusid eeltöödeldakse sama protseduuri kohaselt nagu ribide puhul, st leotati 50 mahuprotsendilises vees.15 minuti jooksul.väävelhapet, seejärel leotatakse 20 sekundit naatriumhüdroksiidis, pestakse destilleeritud vees ja lõpuks leotatakse destilleeritud vees 30 minutit.Sellisel juhul lisati enne immutamist täiendav samm.Kastke proov korraks lahjendatud sihtsoola lahusesse ja kuivatage ligikaudu 60 °C juures.Protsessi eesmärk on muuta metalli pinda, luues tuuma moodustumise kohad, mis parandavad katte jaotumist lõppfaasis.Kiulisel struktuuril on üks külg, kus filamendid on õhemad ja tihedalt pakitud, ja vastaskülg, kus filamendid on paksemad ja vähem jaotunud.See on 52 tootmisprotsessi tulemus.
Kaltsiumkloriidi (CaCl2) tulemused on kokku võetud ja illustreeritud piltidega tabelis 1. Hea katvus pärast inokuleerimist.Isegi nendel kiududel, mille pinnal polnud nähtavaid kristalle, olid metallilised peegeldused vähenenud, mis viitab viimistluse muutumisele.Kuid pärast proovide immutamist CaCl2 ja HEC vesiseguga ja kuivatamist temperatuuril umbes 60 °C kontsentreeriti katted struktuuride ristumiskohtades.See on lahuse pindpinevusest tingitud mõju.Pärast leotamist jääb vedelik proovi sisse oma pindpinevuse tõttu.Põhimõtteliselt toimub see struktuuride ristumiskohas.Proovi parimal küljel on mitu soolaga täidetud auku.Pärast katmist suurenes kaal 0,06 g/cm3.
Magneesiumsulfaadiga (MgSO4) katmine andis rohkem soola mahuühiku kohta (tabel 2).Sel juhul on mõõdetud juurdekasv 0,09 g/cm3.Külviprotsessi tulemuseks oli ulatuslik proovide katvus.Pärast katmist blokeerib sool proovi õhukese külje suured alad.Lisaks on mati osad blokeeritud, kuid osa poorsusest säilib.Sel juhul on soola moodustumine konstruktsioonide ristumiskohas kergesti jälgitav, mis kinnitab, et katmisprotsess on peamiselt tingitud vedeliku pindpinevusest, mitte soola ja metallsubstraadi vastastikmõjust.
Strontsiumkloriidi (SrCl2) ja HEC kombinatsiooni tulemused näitasid eelmiste näidetega sarnaseid omadusi (tabel 3).Sel juhul on proovi õhem pool peaaegu täielikult kaetud.Nähtavad on ainult üksikud poorid, mis tekkisid kuivamise käigus proovist auru eraldumise tulemusena.Mati poolel täheldatud muster on väga sarnane eelmisele juhtumile, koht on soolaga ummistunud ja kiud pole täielikult kaetud.
Selleks, et hinnata kiudstruktuuri positiivset mõju soojusvaheti soojustõhususele, määrati kaetud kiudstruktuuri efektiivne soojusjuhtivus ja võrreldi seda puhta kattematerjaliga.Soojusjuhtivust mõõdeti vastavalt standardile ASTM D 5470-2017, kasutades joonisel fig 15a näidatud lameekraaniga seadet, kasutades teadaoleva soojusjuhtivusega võrdlusmaterjali.Võrreldes teiste transientsete mõõtmismeetoditega on antud põhimõte käesolevas uuringus kasutatud poorsete materjalide puhul soodne, kuna mõõtmised viiakse läbi stabiilses olekus ja piisava valimi suurusega (aluse pindala 30 × 30 mm2, kõrgus ligikaudu 15 mm).Anisotroopse soojusjuhtivuse mõju hindamiseks valmistati ette proovid puhtast kattematerjalist (võrdlus) ja kaetud kiu struktuurist kiu suunas ja risti kiu suunaga.Proovid lihviti pinnale (P320 grit), et minimeerida proovi ettevalmistamisest tingitud pinnakareduse mõju, mis ei peegelda proovisisest struktuuri.