از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.نسخه مرورگری که استفاده می کنید پشتیبانی محدودی از CSS دارد.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).در عین حال، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت ارائه می کنیم.
سهم بازار سیستم های تبرید جذبی و پمپ های حرارتی در مقایسه با سیستم های کمپرسور سنتی هنوز نسبتاً کم است.علیرغم مزیت بزرگ استفاده از گرمای ارزان (به جای کار الکتریکی گران قیمت)، اجرای سیستم های مبتنی بر اصول جذب همچنان به چند کاربرد خاص محدود می شود.عیب اصلی که باید برطرف شود کاهش توان ویژه به دلیل هدایت حرارتی کم و پایداری کم جاذب است.پیشرفته ترین سیستم های تبرید تجاری با جذب سطحی بر پایه جاذب های مبتنی بر مبدل های حرارتی صفحه ای هستند که برای بهینه سازی ظرفیت خنک کننده پوشش داده شده اند.نتایج به خوبی شناخته شده است که کاهش ضخامت پوشش منجر به کاهش امپدانس انتقال جرم می‌شود و افزایش نسبت سطح به حجم سازه‌های رسانا باعث افزایش قدرت بدون کاهش کارایی می‌شود.الیاف فلزی مورد استفاده در این کار می تواند سطح خاصی را در محدوده 2500-50000 m2/m3 ایجاد کند.سه روش برای به دست آوردن پوشش های بسیار نازک اما پایدار از هیدرات های نمک روی سطوح فلزی، از جمله الیاف فلزی، برای تولید پوشش ها، برای اولین بار مبدل حرارتی با چگالی بالا را نشان می دهد.درمان سطح بر اساس آندایزینگ آلومینیوم برای ایجاد پیوند قوی‌تر بین پوشش و بستر انتخاب می‌شود.ریزساختار سطح حاصل با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی آنالیز شد.طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه و طیف‌سنجی اشعه ایکس پراکنده انرژی بازتاب کل کاهش‌یافته برای بررسی حضور گونه‌های مورد نظر در سنجش استفاده شد.توانایی آنها برای تشکیل هیدرات توسط تجزیه و تحلیل ترکیبی ترموگراویمتری (TGA) / تجزیه و تحلیل حرارتی دیفرانسیل (DTG) تایید شد.کیفیت پایین بیش از 0.07 گرم (آب) / گرم (کامپوزیت) در پوشش MgSO4 یافت شد که علائم کم آبی را در حدود 60 درجه سانتیگراد نشان داد و پس از آبرسانی مجدد قابل تکرار بود.نتایج مثبت نیز با SrCl2 و ZnSO4 با اختلاف جرم حدود 0.02 گرم در گرم زیر 100 درجه سانتیگراد به دست آمد.هیدروکسی اتیل سلولز به عنوان یک افزودنی برای افزایش پایداری و چسبندگی پوشش انتخاب شد.خواص جذبی محصولات توسط TGA-DTG به طور همزمان مورد ارزیابی قرار گرفت و چسبندگی آنها با روشی مبتنی بر آزمایش های شرح داده شده در ISO2409 مشخص شد.قوام و چسبندگی پوشش CaCl2 به طور قابل توجهی بهبود می یابد در حالی که ظرفیت جذب آن با اختلاف وزن حدود 0.1 گرم در گرم در دماهای زیر 100 درجه سانتی گراد حفظ می شود.علاوه بر این، MgSO4 توانایی تشکیل هیدرات ها را حفظ می کند و اختلاف جرمی بیش از 0.04 گرم در گرم را در دمای زیر 100 درجه سانتی گراد نشان می دهد.در نهایت الیاف فلزی پوشش داده شده مورد بررسی قرار می گیرند.نتایج نشان می دهد که هدایت حرارتی موثر ساختار الیاف پوشش داده شده با Al2(SO4)3 می تواند 4.7 برابر بیشتر از حجم Al2(SO4)3 خالص باشد.پوشش پوشش های مورد مطالعه به صورت بصری مورد بررسی قرار گرفت و ساختار داخلی با استفاده از تصویر میکروسکوپی از مقاطع مورد ارزیابی قرار گرفت.پوششی از Al2(SO4)3 با ضخامت حدود 50 میکرومتر به دست آمد، اما فرآیند کلی باید برای دستیابی به توزیع یکنواخت تر بهینه شود.
سیستم‌های جذب در چند دهه گذشته توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند، زیرا جایگزینی سازگار با محیط زیست برای پمپ‌های حرارتی فشرده سنتی یا سیستم‌های تبرید ارائه می‌کنند.با افزایش استانداردهای آسایش و میانگین دمای جهانی، سیستم‌های جذب ممکن است وابستگی به سوخت‌های فسیلی را در آینده نزدیک کاهش دهند.علاوه بر این، هر گونه پیشرفت در تبرید جذب یا پمپ های حرارتی می تواند به ذخیره انرژی حرارتی منتقل شود، که نشان دهنده افزایش اضافی در پتانسیل استفاده کارآمد از انرژی اولیه است.مزیت اصلی پمپ های حرارتی جذبی و سیستم های تبرید این است که می توانند با جرم حرارتی کم کار کنند.این باعث می شود آنها برای منابع دمای پایین مانند انرژی خورشیدی یا گرمای هدر رفته مناسب باشند.از نظر کاربردهای ذخیره انرژی، جذب از مزیت چگالی انرژی بالاتر و اتلاف انرژی کمتر در مقایسه با ذخیره گرمای محسوس یا نهان برخوردار است.
پمپ های حرارتی جذبی و سیستم های تبرید از چرخه ترمودینامیکی مشابه مشابه تراکم بخار خود پیروی می کنند.تفاوت اصلی جایگزینی اجزای کمپرسور با جاذب است.این عنصر قادر است بخار مبرد فشار پایین را در دماهای متوسط ​​جذب کند و حتی زمانی که مایع سرد است، مبرد بیشتری را تبخیر کند.لازم است از خنک شدن مداوم جاذب اطمینان حاصل شود تا از آنتالپی جذب (اگزترم) جلوگیری شود.جاذب در دمای بالا بازسازی می شود و باعث دفع بخار مبرد می شود.حرارت دادن باید ادامه یابد تا آنتالپی دفع (گرماداز) را فراهم کند.از آنجایی که فرآیندهای جذب با تغییرات دما مشخص می شوند، چگالی توان بالا نیاز به هدایت حرارتی بالایی دارد.با این حال، رسانایی حرارتی پایین تا حد زیادی نقطه ضعف اصلی در بیشتر کاربردها است.
مشکل اصلی رسانایی افزایش مقدار متوسط ​​آن با حفظ مسیر انتقال است که جریان بخارات جذب/واجذب را فراهم می کند.برای دستیابی به این هدف معمولاً از دو روش استفاده می شود: مبدل های حرارتی مرکب و مبدل های حرارتی پوشش داده شده.محبوب ترین و موفق ترین مواد کامپوزیتی آنهایی هستند که از افزودنی های مبتنی بر کربن، یعنی گرافیت منبسط شده، کربن فعال یا الیاف کربن استفاده می کنند.اولیویرا و همکاران2 پودر گرافیت منبسط شده آغشته به کلرید کلسیم برای تولید یک جاذب با ظرفیت خنک کنندگی خاص (SCP) تا 306 W/kg و ضریب عملکرد (COP) تا 0.46.Zajaczkowski و همکاران.3 ترکیبی از گرافیت منبسط شده، فیبر کربن و کلرید کلسیم با رسانایی کل 15 W/mK را پیشنهاد کرد.ژیان و همکاران 4 کامپوزیت ها را با گرافیت طبیعی منبسط شده (ENG-TSA) تیمار شده با اسید سولفوریک به عنوان بستر در یک چرخه خنک کننده جذب سطحی دو مرحله ای آزمایش کردند.مدل COP را از 0.215 تا 0.285 و SCP را از 161.4 تا 260.74 W/kg پیش بینی کرد.
تا حد زیادی مناسب ترین راه حل، مبدل حرارتی پوشش داده شده است.مکانیسم های پوشش این مبدل های حرارتی را می توان به دو دسته سنتز مستقیم و چسب تقسیم کرد.موفق ترین روش سنتز مستقیم است که شامل تشکیل مواد جاذب مستقیماً روی سطح مبدل های حرارتی از معرف های مناسب است.Sotech5 روشی را برای سنتز زئولیت پوشش داده شده برای استفاده در یک سری از خنک کننده های تولید شده توسط Fahrenheit GmbH به ثبت رسانده است.Schnabel و همکاران 6 عملکرد دو زئولیت پوشش داده شده بر روی فولاد ضد زنگ را آزمایش کردند.با این حال، این روش فقط با جاذب های خاص کار می کند، که پوشش با چسب را جایگزین جالبی می کند.بایندرها مواد غیر فعالی هستند که برای پشتیبانی از چسبندگی جاذب و/یا انتقال جرم انتخاب می شوند، اما هیچ نقشی در افزایش جذب یا رسانایی ندارند.فرنی و همکاران7 مبدل حرارتی آلومینیومی پوشش داده شده با زئولیت AQSOA-Z02 تثبیت شده با یک اتصال دهنده مبتنی بر خاک رس.Calabrese و همکاران 8 تهیه پوشش های زئولیت را با چسب های پلیمری مورد مطالعه قرار دادند.Ammann و همکاران 9 روشی را برای تهیه پوشش های زئولیت متخلخل از مخلوط مغناطیسی پلی وینیل الکل پیشنهاد کردند.آلومینا (آلومینا) نیز به عنوان بایندر 10 در جاذب استفاده می شود.طبق دانش ما، سلولز و هیدروکسی اتیل سلولز فقط در ترکیب با جاذب های فیزیکی استفاده می شوند.گاهی اوقات از چسب برای رنگ استفاده نمی شود، بلکه برای ساخت سازه 13 به تنهایی استفاده می شود.ترکیبی از ماتریس‌های پلیمری آلژینات با چند هیدرات نمک ساختارهای مهره‌ای کامپوزیتی انعطاف‌پذیر را تشکیل می‌دهد که از نشت در حین خشک شدن جلوگیری می‌کند و انتقال جرم کافی را فراهم می‌کند.رس هایی مانند بنتونیت و آتاپولژیت به عنوان چسباننده برای تهیه کامپوزیت ها استفاده شده است 15،16،17.اتیل سلولز برای ریزپوشانی کلرید کلسیم 18 یا سولفید سدیم 19 استفاده شده است.
کامپوزیت های دارای ساختار فلزی متخلخل را می توان به مبدل های حرارتی افزودنی و مبدل های حرارتی پوشش داده شده تقسیم کرد.مزیت این سازه ها سطح ویژه بالا است.این منجر به سطح تماس بزرگتر بین جاذب و فلز بدون افزودن جرم بی اثر می شود که کارایی کلی چرخه تبرید را کاهش می دهد.لانگ و همکاران20 رسانایی کلی یک جاذب زئولیت با ساختار لانه زنبوری آلومینیومی را بهبود بخشیده اند.گیلرمینوت و همکاران21 هدایت حرارتی لایه‌های زئولیت NaX را با فوم مس و نیکل بهبود بخشید.اگرچه کامپوزیت ها به عنوان مواد تغییر فاز (PCM) استفاده می شوند، یافته های Li و همکاران.22 و ژائو و همکاران.23 نیز برای جذب شیمیایی مورد توجه هستند.آنها عملکرد گرافیت منبسط شده و فوم فلزی را مقایسه کردند و به این نتیجه رسیدند که مورد دوم تنها در صورتی ارجح است که خوردگی مشکلی نداشته باشد.پالومبا و همکاراناخیراً سایر سازه های متخلخل فلزی را مقایسه کرده اند.ون در پال و همکاراننمک های فلزی تعبیه شده در فوم ها را مطالعه کرده اند 25 .تمام نمونه های قبلی مربوط به لایه های متراکم از جاذب ذرات است.ساختارهای متخلخل فلزی عملاً برای پوشش جاذب ها استفاده نمی شوند که راه حل بهینه تری است.نمونه ای از اتصال به زئولیت ها را می توان در Wittstadt و همکاران یافت.26 اما هیچ تلاشی برای اتصال هیدرات های نمک با وجود چگالی انرژی بالاتر آنها انجام نشده است 27 .
بنابراین، سه روش برای تهیه پوشش های جاذب در این مقاله بررسی می شود: (1) پوشش بایندر، (2) واکنش مستقیم، و (3) عملیات سطح.هیدروکسی اتیل سلولز به دلیل پایداری گزارش شده قبلی و چسبندگی پوشش خوب در ترکیب با جاذب های فیزیکی، چسب انتخابی در این کار بود.این روش در ابتدا برای پوشش های مسطح مورد بررسی قرار گرفت و بعداً در ساختارهای الیافی فلزی اعمال شد.پیش از این، یک تجزیه و تحلیل اولیه از امکان واکنش های شیمیایی با تشکیل پوشش های جاذب گزارش شده بود.تجربه قبلی اکنون به پوشش سازه های الیافی فلزی منتقل می شود.عملیات سطح انتخاب شده برای این کار، روشی مبتنی بر آندایزینگ آلومینیوم است.آندایزینگ آلومینیوم برای اهداف زیبایی شناختی با موفقیت با نمک های فلزی ترکیب شده است.در این موارد می توان پوشش های بسیار پایدار و مقاوم در برابر خوردگی را به دست آورد.با این حال، آنها نمی توانند هیچ فرآیند جذب یا دفع را انجام دهند.این مقاله گونه‌ای از این رویکرد را ارائه می‌کند که اجازه می‌دهد جرم با استفاده از ویژگی‌های چسبنده فرآیند اصلی جابجا شود.تا جایی که ما می دانیم، هیچ یک از روش هایی که در اینجا توضیح داده شده است قبلا مورد مطالعه قرار نگرفته است.آنها یک فناوری جدید بسیار جالب را نشان می دهند زیرا امکان تشکیل پوشش های جاذب هیدراته را فراهم می کنند که دارای تعدادی مزیت نسبت به جاذب های فیزیکی اغلب مورد مطالعه است.
صفحات آلومینیومی مهر و موم شده مورد استفاده به عنوان بستر برای این آزمایش ها توسط ALINVEST Břidličná، جمهوری چک ارائه شده است.آنها حاوی 98.11٪ آلومینیوم، 1.3622٪ آهن، 0.3618٪ منگنز و آثار مس، منیزیم، سیلیکون، تیتانیوم، روی، کروم و نیکل هستند.
مواد انتخاب شده برای ساخت کامپوزیت ها مطابق با خواص ترمودینامیکی آنها، یعنی بسته به مقدار آبی که می توانند در دماهای زیر 120 درجه سانتیگراد جذب/واجذب کنند، انتخاب می شوند.
سولفات منیزیم (MgSO4) یکی از جالب ترین و مورد مطالعه ترین نمک های هیدراته 30،31،32،33،34،35،36،37،38،39،40،41 است.خواص ترمودینامیکی به طور سیستماتیک اندازه‌گیری شده و برای کاربردها در زمینه‌های تبرید جذب، پمپ‌های حرارتی و ذخیره انرژی مناسب است.سولفات منیزیم خشک CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany) استفاده شد.
کلرید کلسیم (CaCl2) (H319) نمک دیگری است که به خوبی مطالعه شده است زیرا هیدرات آن دارای خواص ترمودینامیکی جالبی است41،42،43،44.هگزا هیدرات کلسیم کلرید CAS-No.7774-34-7 97% استفاده شده (Grüssing، GmbH، Filsum، Niedersachsen، آلمان).
سولفات روی (ZnSO4) (H3O2، H318، H410) و هیدرات های آن دارای خواص ترمودینامیکی مناسب برای فرآیندهای جذب در دمای پایین هستند45،46.هپتاهیدرات سولفات روی CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany) استفاده شد.
کلرید استرانسیم (SrCl2) (H318) همچنین دارای خواص ترمودینامیکی جالبی است 4،45،47، اگرچه اغلب با آمونیاک در تحقیقات پمپ حرارتی جذب یا ذخیره انرژی ترکیب می شود.هگزا هیدرات کلرید استرانسیم CAS-Nr.10.476-85-4 99.0-102.0٪ (سیگما آلدریچ، سنت لوئیس، میسوری، ایالات متحده آمریکا) برای سنتز استفاده شد.
سولفات مس (CuSO4) (H302، H315، H319، H410) در میان هیدرات‌هایی که اغلب در متون حرفه‌ای یافت می‌شوند، نیست، اگرچه خواص ترمودینامیکی آن برای کاربردهای دمای پایین مورد توجه است48،49.سولفات مس CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) برای سنتز استفاده شد.
کلرید منیزیم (MgCl2) یکی از نمک های هیدراته است که اخیراً در زمینه ذخیره انرژی حرارتی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است50،51.منیزیم کلرید هگزا هیدرات CAS-Nr.7791-18-6 درجه دارویی خالص (Applichem GmbH.، دارمشتات، آلمان) برای آزمایش ها استفاده شد.
همانطور که در بالا ذکر شد، هیدروکسی اتیل سلولز به دلیل نتایج مثبت در کاربردهای مشابه انتخاب شد.ماده مورد استفاده در سنتز ما هیدروکسی اتیل سلولز CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) است.
الیاف فلزی از سیم های کوتاهی ساخته می شوند که توسط فشرده سازی و تف جوشی به یکدیگر متصل شده اند، فرآیندی که به عنوان استخراج مذاب بوته ای (CME) شناخته می شود.این بدان معنی است که هدایت حرارتی آنها نه تنها به رسانایی توده ای فلزات مورد استفاده در ساخت و تخلخل ساختار نهایی بستگی دارد، بلکه به کیفیت پیوند بین رزوه ها نیز بستگی دارد.الیاف همسانگرد نیستند و تمایل دارند در طول تولید در جهت خاصی توزیع شوند که باعث می شود هدایت حرارتی در جهت عرضی بسیار کمتر شود.
خواص جذب آب با استفاده از آنالیز همزمان حرارتی (TGA)/ تجزیه و تحلیل حرارتی دیفرانسیل (DTG) در یک بسته خلاء (Netzsch TG 209 F1 Libra) مورد بررسی قرار گرفت.اندازه‌گیری‌ها در اتمسفر نیتروژن جریان با سرعت جریان 10 میلی‌لیتر در دقیقه و محدوده دمایی 25 تا 150 درجه سانتی‌گراد در بوته‌های اکسید آلومینیوم انجام شد.سرعت گرمایش 1 درجه سانتیگراد در دقیقه بود، وزن نمونه از 10 تا 20 میلی گرم متغیر بود، وضوح 0.1 میکروگرم بود.در این کار باید توجه داشت که اختلاف جرم در واحد سطح دارای عدم قطعیت زیادی است.نمونه های مورد استفاده در TGA-DTG بسیار کوچک و به صورت نامنظم برش داده شده اند که باعث می شود تعیین مساحت آنها نادرست باشد.این مقادیر را فقط در صورت در نظر گرفتن انحرافات بزرگ می توان به یک منطقه بزرگتر تعمیم داد.
طیف‌های فروسرخ تبدیل فوریه بازتاب کلی ضعیف شده (ATR-FTIR) در یک طیف‌سنج Bruker Vertex 80 V FTIR (Bruker Optik GmbH، لایپزیگ، آلمان) با استفاده از یک لوازم جانبی پلاتین ATR (Bruker Optik GmbH، آلمان) به‌دست آمد.قبل از استفاده از نمونه‌ها به عنوان پس‌زمینه برای اندازه‌گیری‌های تجربی، طیف کریستال‌های الماس خشک خالص به‌طور مستقیم در خلاء اندازه‌گیری شد.نمونه ها در خلاء با استفاده از وضوح طیفی 2 سانتی متر در 1 و میانگین تعداد اسکن 32 اندازه گیری شدند. محدوده عدد موج از 8000 تا 500 سانتی متر در 1.آنالیز طیفی با استفاده از برنامه OPUS انجام شد.
تجزیه و تحلیل SEM با استفاده از DSM 982 Gemini از Zeiss در ولتاژهای شتاب دهنده 2 و 5 کیلو ولت انجام شد.طیف‌سنجی اشعه ایکس پراکنده انرژی (EDX) با استفاده از سیستم Thermo Fischer 7 با آشکارساز رانش سیلیکونی خنک‌شده Peltier (SSD) انجام شد.
آماده سازی صفحات فلزی مطابق روشی که در 53 توضیح داده شد انجام شد. ابتدا صفحه را در اسید سولفوریک 50% غوطه ور کنید.15 دقیقه.سپس به مدت 10 ثانیه در محلول هیدروکسید سدیم 1 مولار قرار داده شدند.سپس نمونه ها با مقدار زیادی آب مقطر شسته و سپس به مدت 30 دقیقه در آب مقطر خیسانده شدند.پس از عملیات سطحی اولیه، نمونه ها در محلول اشباع 3 درصد غوطه ور شدند.HEC و نمک هدف.در نهایت آنها را بیرون آورده و در دمای 60 درجه سانتی گراد خشک کنید.
روش آنودایز باعث افزایش و تقویت لایه اکسید طبیعی روی فلز غیرفعال می شود.پانل های آلومینیومی با اسید سولفوریک در حالت سخت شده آنودایز شده و سپس در آب داغ مهر و موم شدند.آندایز کردن به دنبال اچ اولیه با 1 مول در لیتر NaOH (600 ثانیه) و سپس خنثی سازی در 1 مول در لیتر HNO3 (60 ثانیه) انجام شد.محلول الکترولیت مخلوطی از 2.3 M H2SO4، 0.01 M Al2(SO4)3 و 1 MgSO4 + 7H2O است.آندایز کردن در دمای (1±40) درجه سانتی گراد، mA/cm2 30 به مدت 1200 ثانیه انجام شد.فرآیند آب بندی در محلول های مختلف آب نمک همانطور که در مواد توضیح داده شده است (MgSO4، CaCl2، ZnSO4، SrCl2، CuSO4، MgCl2) انجام شد.نمونه به مدت 1800 ثانیه در آن جوشانده می شود.
سه روش مختلف برای تولید کامپوزیت ها بررسی شده است: پوشش چسب، واکنش مستقیم و عملیات سطحی.مزایا و معایب هر روش آموزشی به طور سیستماتیک تجزیه و تحلیل و مورد بحث قرار می گیرد.برای ارزیابی نتایج از مشاهده مستقیم، نانوتصویربرداری و آنالیز شیمیایی/عنصری استفاده شد.
آندایزینگ به عنوان یک روش عملیات سطحی تبدیلی برای افزایش چسبندگی هیدرات های نمک انتخاب شد.این عملیات سطحی ساختار متخلخلی از آلومینا (آلومینا) را مستقیماً روی سطح آلومینیوم ایجاد می کند.به طور سنتی، این روش شامل دو مرحله است: مرحله اول یک ساختار متخلخل از اکسید آلومینیوم ایجاد می کند و مرحله دوم یک پوشش از هیدروکسید آلومینیوم ایجاد می کند که منافذ را می بندد.در زیر دو روش مسدود کردن نمک بدون مسدود کردن دسترسی به فاز گاز آورده شده است.اولی شامل یک سیستم لانه زنبوری با استفاده از لوله های کوچک اکسید آلومینیوم (Al2O3) است که در مرحله اول برای نگه داشتن کریستال های جاذب و افزایش چسبندگی آن به سطوح فلزی به دست آمده است.لانه زنبوری به دست آمده دارای قطر حدود 50 نانومتر و طول 200 نانومتر است (شکل 1a).همانطور که قبلا ذکر شد، این حفره ها معمولا در مرحله دوم با یک لایه نازک از Al2O(OH)2 boehmite که توسط فرآیند جوش لوله آلومینا پشتیبانی می شود، بسته می شوند.در روش دوم، این فرآیند آب بندی به گونه ای اصلاح می شود که کریستال های نمک در یک لایه پوشاننده یکنواخت بوهمیت (Al2O(OH)) که در این مورد برای آب بندی استفاده نمی شود، اسیر می شود.مرحله دوم در محلول اشباع نمک مربوطه انجام می شود.الگوهای توصیف شده دارای اندازه هایی در محدوده 50 تا 100 نانومتر هستند و مانند قطره های پاشیده به نظر می رسند (شکل 1b).سطح به دست آمده در نتیجه فرآیند آب بندی دارای ساختار فضایی برجسته با افزایش سطح تماس است.این الگوی سطح، همراه با پیکربندی‌های پیوندی فراوان، برای حمل و نگهداری کریستال‌های نمک ایده‌آل است.هر دو ساختار توصیف شده به نظر می رسد واقعا متخلخل هستند و دارای حفره های کوچکی هستند که به نظر می رسد برای حفظ هیدرات های نمک و جذب بخارات به نمک در طول کار جاذب مناسب هستند.با این حال، تجزیه و تحلیل عنصری این سطوح با استفاده از EDX می تواند مقادیر کمی از منیزیم و گوگرد را بر روی سطح بوهمیت تشخیص دهد که در مورد سطح آلومینا قابل تشخیص نیست.
ATR-FTIR نمونه تایید کرد که عنصر سولفات منیزیم است (شکل 2b را ببینید).این طیف پیک های مشخصه یون سولفات را در 610-680 و 1080-1130 cm-1 و پیک های آب شبکه مشخصه را در 1600-1700 cm-1 و 3200-3800 cm-1 نشان می دهد (شکل 2a, c را ببینید).).وجود یون منیزیم تقریباً طیف را تغییر نمی دهد54.
(الف) EDX یک صفحه آلومینیومی MgSO4 با پوشش بوهمیت، (ب) طیف ATR-FTIR پوشش‌های بوهمیت و MgSO4، (ج) طیف ATR-FTIR از MgSO4 خالص.
حفظ کارایی جذب توسط TGA تایید شد.روی انجیر3b یک اوج دفع تقریباً نشان می دهد.60 درجه سانتی گراداین پیک با دمای دو پیک مشاهده شده در TGA نمک خالص مطابقت ندارد (شکل 3a).تکرارپذیری چرخه جذب-واجذب مورد ارزیابی قرار گرفت و همان منحنی پس از قرار دادن نمونه ها در یک جو مرطوب مشاهده شد (شکل 3c).تفاوت‌های مشاهده‌شده در مرحله دوم دفع ممکن است نتیجه کم‌آبی در یک جو روان باشد، زیرا این اغلب منجر به کم‌آبی ناقص می‌شود.این مقادیر تقریباً معادل 17.9 گرم در متر مربع در آبگیری اول و 10.3 گرم در متر مربع در آبگیری دوم است.
مقایسه آنالیز TGA بوهمیت و MgSO4: آنالیز TGA MgSO4 خالص (a)، مخلوط (b) و پس از آبرسانی مجدد (c).
همین روش با کلرید کلسیم به عنوان جاذب انجام شد.نتایج در شکل 4 ارائه شده است. بازرسی بصری سطح تغییرات جزئی در درخشش فلزی را نشان داد.خز به سختی قابل مشاهده است.SEM وجود کریستال های کوچک را که به طور مساوی روی سطح توزیع شده اند تأیید کرد.با این حال، TGA هیچ کم آبی زیر 150 درجه سانتیگراد را نشان نداد.این ممکن است به دلیل این واقعیت باشد که نسبت نمک در مقایسه با جرم کل بستر برای تشخیص توسط TGA بسیار کوچک است.
نتایج عملیات سطحی پوشش سولفات مس با روش آندایزینگ در شکل 1 نشان داده شده است.5. در این مورد، ادغام مورد انتظار CuSO4 در ساختار اکسید Al رخ نداد.در عوض، سوزن‌های شل مشاهده می‌شوند، زیرا معمولاً برای هیدروکسید مس Cu(OH)2 استفاده می‌شود که با رنگ‌های فیروزه‌ای معمولی استفاده می‌شود.
درمان سطح آنودایز شده نیز در ترکیب با کلرید استرانسیم مورد آزمایش قرار گرفت.نتایج پوشش ناهمواری را نشان داد (شکل 6a را ببینید).برای تعیین اینکه آیا نمک تمام سطح را پوشانده است، تجزیه و تحلیل EDX انجام شد.منحنی یک نقطه در ناحیه خاکستری (نقطه 1 در شکل 6b) استرانسیوم کمی و مقدار زیادی آلومینیوم را نشان می دهد.این نشان دهنده محتوای کم استرانسیم در ناحیه اندازه گیری شده است که به نوبه خود نشان دهنده پوشش کم کلرید استرانسیم است.برعکس، نواحی سفید دارای محتوای بالایی از استرانسیم و محتوای کمی آلومینیوم هستند (نقاط 2-6 در شکل 6b).تجزیه و تحلیل EDX ناحیه سفید، نقاط تیره‌تر (نقاط 2 و 4 در شکل 6b)، کم کلر و گوگرد زیاد را نشان می‌دهد.این ممکن است نشان دهنده تشکیل سولفات استرانسیم باشد.نقاط روشن تر محتوای کلر زیاد و گوگرد کم را منعکس می کنند (نقاط 3، 5، و 6 در شکل 6b).این را می توان با این واقعیت توضیح داد که قسمت اصلی پوشش سفید از کلرید استرانسیم مورد انتظار تشکیل شده است.TGA نمونه تفسیر آنالیز را با یک پیک در دمای مشخصه کلرید استرانسیم خالص تایید کرد (شکل 6c).ارزش کوچک آنها را می توان با کسر کمی از نمک در مقایسه با جرم تکیه گاه فلزی توجیه کرد.جرم واجذبی تعیین شده در آزمایشات مربوط به مقدار 7.3 گرم بر متر مربع است که در واحد سطح جاذب در دمای 150 درجه سانتیگراد منتشر می شود.
پوشش‌های سولفات روی تیمار شده با الوکسال نیز مورد آزمایش قرار گرفتند.از نظر ماکروسکوپی، پوشش یک لایه بسیار نازک و یکنواخت است (شکل 7a).با این حال، SEM سطحی را نشان داد که با کریستال های کوچکی که توسط نواحی خالی از هم جدا شده بودند پوشیده شده بود (شکل 7b).TGA پوشش و بستر با نمک خالص مقایسه شد (شکل 7c).نمک خالص دارای یک پیک نامتقارن در دمای 59.1 درجه سانتیگراد است.آلومینیوم پوشش داده شده دو پیک کوچک در دمای 55.5 درجه سانتیگراد و 61.3 درجه سانتیگراد نشان داد که نشان دهنده وجود هیدرات سولفات روی است.تفاوت جرم آشکار شده در آزمایش مربوط به 10.9 گرم بر متر مربع در دمای آبگیری 150 درجه سانتیگراد است.
همانطور که در برنامه قبلی53، هیدروکسی اتیل سلولز به عنوان یک چسب برای بهبود چسبندگی و پایداری پوشش جاذب استفاده شد.سازگاری مواد و اثر بر عملکرد جذب توسط TGA ارزیابی شد.تجزیه و تحلیل در رابطه با جرم کل انجام می شود، یعنی نمونه شامل یک صفحه فلزی است که به عنوان بستر پوشش استفاده می شود.چسبندگی با آزمایشی بر اساس آزمایش بریدگی متقاطع تعریف شده در مشخصات ISO2409 آزمایش می شود (بسته به ضخامت و عرض مشخصات نمی تواند مشخصات جداسازی شکاف را برآورده کند).
پوشش پانل ها با کلرید کلسیم (CaCl2) (نگاه کنید به شکل 8a) منجر به توزیع ناهموار شد که در پوشش آلومینیوم خالص مورد استفاده برای آزمایش بریدگی عرضی مشاهده نشد.در مقایسه با نتایج برای CaCl2 خالص، TGA (شکل 8b) دو پیک مشخصه را نشان می‌دهد که به ترتیب به سمت دماهای پایین‌تر 40 و 20 درجه سانتی‌گراد تغییر می‌کنند.آزمایش مقطع اجازه مقایسه عینی را نمی دهد زیرا نمونه خالص CaCl2 (نمونه سمت راست در شکل 8c) یک رسوب پودری است که بالاترین ذرات را حذف می کند.نتایج HEC یک پوشش بسیار نازک و یکنواخت با چسبندگی رضایت بخش را نشان داد.تفاوت جرم نشان داده شده در شکل.8b مربوط به 51.3 گرم بر متر مربع در واحد سطح جاذب در دمای 150 درجه سانتیگراد است.
نتایج مثبت از نظر چسبندگی و یکنواختی نیز با سولفات منیزیم (MgSO4) به دست آمد (شکل 9 را ببینید).تجزیه و تحلیل فرآیند دفع پوشش، حضور یک پیک تقریباً نشان داد.60 درجه سانتی گراداین دما مربوط به مرحله دفع اصلی است که در آبگیری نمکهای خالص مشاهده می شود، که نشان دهنده مرحله دیگری در دمای 44 درجه سانتیگراد است.این مربوط به انتقال از هگزا هیدرات به پنتا هیدرات است و در مورد پوشش های بایندر مشاهده نمی شود.آزمایش های مقطع عرضی، توزیع و چسبندگی بهتری را در مقایسه با پوشش های ساخته شده با نمک خالص نشان می دهد.تفاوت جرم مشاهده شده در TGA-DTC مربوط به 18.4 گرم بر متر مربع در واحد سطح جاذب در دمای 150 درجه سانتیگراد است.
به دلیل بی نظمی های سطحی، کلرید استرانسیم (SrCl2) دارای یک پوشش ناهموار بر روی باله ها است (شکل 10a).با این حال، نتایج آزمایش بریدگی عرضی توزیع یکنواخت با چسبندگی قابل توجه بهبود یافته را نشان داد (شکل 10c).تجزیه و تحلیل TGA تفاوت بسیار کمی را در وزن نشان داد که باید به دلیل محتوای نمک کمتر در مقایسه با بستر فلزی باشد.با این حال، مراحل روی منحنی وجود یک فرآیند کم‌آبی را نشان می‌دهند، اگرچه اوج با دمای به‌دست‌آمده هنگام مشخص کردن نمک خالص مرتبط است.اوج در 110 درجه سانتی گراد و 70.2 درجه سانتی گراد مشاهده شده در شکل.10b همچنین هنگام تجزیه و تحلیل نمک خالص یافت شد.با این حال، مرحله اصلی کم آبی مشاهده شده در نمک خالص در دمای 50 درجه سانتی گراد در منحنی های استفاده از بایندر منعکس نشد.در مقابل، مخلوط بایندر دو پیک را در دمای 20.2 درجه سانتی گراد و 94.1 درجه سانتی گراد نشان داد که برای نمک خالص اندازه گیری نشد (شکل 10b).در دمای 150 درجه سانتیگراد، اختلاف جرم مشاهده شده معادل 7.2 گرم بر متر مربع در واحد سطح جاذب است.
ترکیب HEC و سولفات روی (ZnSO4) نتایج قابل قبولی نداد (شکل 11).تجزیه و تحلیل TGA از فلز پوشش داده شده هیچ فرآیند آبگیری را نشان نداد.اگرچه توزیع و چسبندگی پوشش بهبود یافته است، اما خواص آن هنوز تا حد مطلوب فاصله دارد.
ساده ترین راه برای پوشش دادن الیاف فلزی با یک لایه نازک و یکنواخت، اشباع مرطوب (شکل 12a) است که شامل تهیه نمک مورد نظر و آغشته کردن الیاف فلزی با محلول آبی است.
هنگام آماده سازی برای اشباع مرطوب، دو مشکل اصلی با آن مواجه می شود.از یک طرف، کشش سطحی محلول نمکی مانع از ادغام صحیح مایع در ساختار متخلخل می شود.تبلور در سطح بیرونی (شکل 12d) و حباب های هوای محبوس شده در داخل سازه (شکل 12c) را فقط می توان با کاهش کشش سطحی و از قبل خیس کردن نمونه با آب مقطر کاهش داد.انحلال اجباری در نمونه با تخلیه هوای داخل یا ایجاد جریان محلول در سازه از دیگر راه های موثر برای اطمینان از پر شدن کامل سازه است.
دومین مشکلی که در حین آماده سازی با آن مواجه شد، حذف فیلم از قسمتی از نمک بود (شکل 12 ب را ببینید).این پدیده با تشکیل یک پوشش خشک بر روی سطح انحلال مشخص می شود که خشک شدن تحریک شده همرفتی را متوقف می کند و فرآیند تحریک انتشار را آغاز می کند.مکانیسم دوم بسیار کندتر از مکانیسم اول است.در نتیجه دمای بالا برای زمان خشک شدن معقول مورد نیاز است که خطر تشکیل حباب در داخل نمونه را افزایش می دهد.این مشکل با معرفی یک روش جایگزین برای کریستالیزاسیون بر اساس تغییر غلظت (تبخیر)، بلکه بر اساس تغییر دما (مانند مثال با MgSO4 در شکل 13) حل می شود.
نمایش شماتیک فرآیند تبلور در طی سرد شدن و جداسازی فازهای جامد و مایع با استفاده از MgSO4.
محلول های نمک اشباع شده را می توان در دمای اتاق یا بالاتر از آن با استفاده از این روش تهیه کرد.در حالت اول، کریستالیزاسیون با کاهش دمای زیر دمای اتاق انجام شد.در حالت دوم، تبلور زمانی رخ داد که نمونه تا دمای اتاق (RT) خنک شد.حاصل مخلوطی از کریستال های (B) و محلول (A) است که قسمت مایع آن توسط هوای فشرده خارج می شود.این روش نه تنها از تشکیل لایه روی این هیدرات ها جلوگیری می کند، بلکه زمان مورد نیاز برای تهیه کامپوزیت های دیگر را نیز کاهش می دهد.با این حال، حذف مایع توسط هوای فشرده منجر به کریستالیزاسیون اضافی نمک و در نتیجه یک پوشش ضخیم تر می شود.
روش دیگری که می توان برای پوشش سطوح فلزی استفاده کرد، تولید مستقیم نمک های هدف از طریق واکنش های شیمیایی است.همانطور که در مطالعه قبلی ما گزارش شد مبدل های حرارتی پوشش داده شده توسط واکنش اسیدها بر روی سطوح فلزی باله ها و لوله ها دارای مزایای متعددی هستند.کاربرد این روش برای الیاف به دلیل تشکیل گازها در حین واکنش منجر به نتایج بسیار ضعیفی شد.فشار حباب های گاز هیدروژن در داخل پروب ایجاد می شود و با بیرون ریختن محصول تغییر می کند (شکل 14a).
پوشش از طریق یک واکنش شیمیایی برای کنترل بهتر ضخامت و توزیع پوشش اصلاح شده است.این روش شامل عبور جریان غبار اسیدی از نمونه است (شکل 14b).انتظار می رود که در اثر واکنش با فلز زیرلایه، یک پوشش یکنواخت ایجاد شود.نتایج رضایت‌بخش بود، اما این فرآیند بسیار کند بود که نمی‌توان آن را به عنوان یک روش مؤثر در نظر گرفت (شکل 14 ج).زمان‌های واکنش کوتاه‌تر را می‌توان با حرارت دادن موضعی به دست آورد.
برای رفع معایب روش های فوق، روش پوشش دهی مبتنی بر استفاده از چسب مورد بررسی قرار گرفته است.HEC بر اساس نتایج ارائه شده در بخش قبل انتخاب شد.تمام نمونه ها در 3 درصد وزنی تهیه شدند.بایندر با نمک مخلوط می شود.الیاف طبق همان روشی که برای دنده ها انجام شد، به عنوان مثال در 50% حجم خیس شده بودند.در عرض 15 دقیقهاسید سولفوریک، سپس به مدت 20 ثانیه در هیدروکسید سدیم خیسانده، در آب مقطر شسته و در نهایت به مدت 30 دقیقه در آب مقطر خیسانده می شود.در این مورد، یک مرحله اضافی قبل از اشباع اضافه شد.نمونه را برای مدت کوتاهی در محلول نمک هدف رقیق غوطه ور کرده و در دمای تقریبی 60 درجه سانتی گراد خشک کنید.این فرآیند برای اصلاح سطح فلز طراحی شده است، و مکان‌های هسته‌زایی ایجاد می‌کند که توزیع پوشش را در مرحله نهایی بهبود می‌بخشد.ساختار الیافی دارای یک طرف است که در آن رشته ها نازک تر و محکم تر هستند و طرف مقابل که رشته ها ضخیم تر و توزیع کمتری دارند.این نتیجه 52 فرآیند تولید است.
نتایج برای کلرید کلسیم (CaCl2) خلاصه شده و با تصاویر در جدول 1 نشان داده شده است. پوشش خوب پس از تلقیح.حتی آن رشته‌هایی که کریستال‌های قابل مشاهده روی سطح نداشتند، بازتاب‌های فلزی را کاهش دادند که نشان‌دهنده تغییر در پرداخت است.اما پس از آغشته شدن نمونه ها به مخلوط آبی CaCl2 و HEC و خشک شدن در دمای حدود 60 درجه سانتی گراد، پوشش ها در تقاطع سازه ها متمرکز شدند.این یک اثر ناشی از کشش سطحی محلول است.پس از خیساندن، مایع به دلیل کشش سطحی در داخل نمونه باقی می ماند.اساساً در تقاطع سازه ها رخ می دهد.بهترین طرف نمونه دارای چندین سوراخ پر از نمک است.وزن پس از پوشش 0.06 گرم بر سانتی متر مکعب افزایش یافت.
پوشش با سولفات منیزیم (MgSO4) نمک بیشتری در واحد حجم تولید کرد (جدول 2).در این مورد، افزایش اندازه گیری شده 0.09 گرم بر سانتی متر مکعب است.فرآیند کاشت منجر به پوشش گسترده نمونه شد.پس از فرآیند پوشش، نمک مناطق بزرگی از سمت نازک نمونه را مسدود می کند.علاوه بر این، برخی از مناطق مات مسدود شده اند، اما مقداری تخلخل حفظ می شود.در این حالت، تشکیل نمک به راحتی در تقاطع سازه ها مشاهده می شود، که تأیید می کند که فرآیند پوشش عمدتاً به دلیل کشش سطحی مایع است و نه برهمکنش بین نمک و بستر فلزی.
نتایج برای ترکیب کلرید استرانسیم (SrCl2) و HEC خواص مشابهی را با نمونه های قبلی نشان داد (جدول 3).در این حالت، قسمت نازک‌تر نمونه تقریباً کاملاً پوشانده می‌شود.فقط منافذ منفرد قابل مشاهده هستند که در هنگام خشک شدن در نتیجه آزاد شدن بخار از نمونه ایجاد می شوند.الگوی مشاهده شده در سمت مات بسیار شبیه مورد قبلی است، ناحیه با نمک مسدود شده و الیاف کاملاً پوشانده نشده است.
به منظور ارزیابی اثر مثبت ساختار فیبری بر عملکرد حرارتی مبدل حرارتی، هدایت حرارتی موثر ساختار فیبری پوشش داده شده تعیین و با مواد پوشش خالص مقایسه شد.هدایت حرارتی بر اساس ASTM D 5470-2017 با استفاده از دستگاه صفحه تخت نشان داده شده در شکل 15a با استفاده از یک ماده مرجع با هدایت حرارتی شناخته شده اندازه گیری شد.در مقایسه با سایر روش‌های اندازه‌گیری گذرا، این اصل برای مواد متخلخل مورد استفاده در مطالعه حاضر سودمند است، زیرا اندازه‌گیری‌ها در حالت ثابت و با حجم نمونه کافی (مساحت پایه 30×30 میلی‌متر مربع، ارتفاع تقریباً 15 میلی‌متر) انجام می‌شوند.نمونه هایی از مواد پوشش خالص (مرجع) و ساختار فیبر پوشش داده شده برای اندازه گیری در جهت فیبر و عمود بر جهت فیبر برای ارزیابی اثر هدایت حرارتی ناهمسانگرد تهیه شد.نمونه‌ها روی سطح (گریت P320) آسیاب شدند تا اثر زبری سطح به دلیل آماده‌سازی نمونه به حداقل برسد، که ساختار درون نمونه را منعکس نمی‌کند.