Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે જે બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો તેમાં મર્યાદિત CSS સપોર્ટ છે. શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટેડ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા ઇન્ટરનેટ એક્સપ્લોરરમાં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો). તે દરમિયાન, સતત સપોર્ટ સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે સાઇટને સ્ટાઇલ અને JavaScript વિના રેન્ડર કરીશું.
પરંપરાગત કોમ્પ્રેસર સિસ્ટમ્સની તુલનામાં શોષણ રેફ્રિજરેશન સિસ્ટમ્સ અને હીટ પંપનો બજાર હિસ્સો હજુ પણ પ્રમાણમાં નાનો છે. સસ્તી ગરમી (મોંઘા વિદ્યુત કાર્યને બદલે) વાપરવાના વિશાળ ફાયદા હોવા છતાં, શોષણ સિદ્ધાંતો પર આધારિત સિસ્ટમોનો અમલ હજુ પણ થોડા ચોક્કસ એપ્લિકેશનો સુધી મર્યાદિત છે. મુખ્ય ગેરલાભ જે દૂર કરવાની જરૂર છે તે છે ઓછી થર્મલ વાહકતા અને શોષકની ઓછી સ્થિરતાને કારણે ચોક્કસ શક્તિમાં ઘટાડો. વર્તમાન અદ્યતન વાણિજ્યિક શોષણ રેફ્રિજરેશન સિસ્ટમ્સ ઠંડક ક્ષમતાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે કોટેડ પ્લેટ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ પર આધારિત શોષક પર આધારિત છે. પરિણામો જાણીતા છે કે કોટિંગની જાડાઈ ઘટાડવાથી માસ ટ્રાન્સફર અવબાધમાં ઘટાડો થાય છે, અને વાહક માળખાના સપાટી વિસ્તાર અને વોલ્યુમ ગુણોત્તરમાં વધારો કાર્યક્ષમતા સાથે સમાધાન કર્યા વિના શક્તિમાં વધારો કરે છે. આ કાર્યમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ધાતુના તંતુઓ 2500-50,000 m2/m3 ની રેન્જમાં ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર પ્રદાન કરી શકે છે. કોટિંગના ઉત્પાદન માટે ધાતુના તંતુઓ સહિત ધાતુની સપાટી પર મીઠાના હાઇડ્રેટ્સના ખૂબ પાતળા પરંતુ સ્થિર આવરણ મેળવવા માટેની ત્રણ પદ્ધતિઓ, પ્રથમ વખત ઉચ્ચ શક્તિ ઘનતાવાળા હીટ એક્સ્ચેન્જરનું પ્રદર્શન કરે છે. એલ્યુમિનિયમ એનોડાઇઝિંગ પર આધારિત સપાટીની સારવાર કોટિંગ અને સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે મજબૂત બંધન બનાવવા માટે પસંદ કરવામાં આવે છે. પરિણામી સપાટીના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરનું સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ કરીને વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. પરીક્ષણમાં ઇચ્છિત પ્રજાતિઓની હાજરી ચકાસવા માટે ઘટાડેલા કુલ પ્રતિબિંબ ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી અને ઊર્જા વિખેરી નાખતી એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. સંયુક્ત થર્મોગ્રાવિમેટ્રિક વિશ્લેષણ (TGA)/વિભેદક થર્મોગ્રાવિમેટ્રિક વિશ્લેષણ (DTG) દ્વારા હાઇડ્રેટ બનાવવાની તેમની ક્ષમતાની પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી. MgSO4 કોટિંગમાં 0.07 ગ્રામ (પાણી)/g (સંયુક્ત) થી વધુ નબળી ગુણવત્તા જોવા મળી હતી, જે લગભગ 60 °C પર ડિહાઇડ્રેશનના ચિહ્નો દર્શાવે છે અને રિહાઇડ્રેશન પછી પુનઃઉત્પાદનક્ષમ છે. SrCl2 અને ZnSO4 સાથે 100 °C થી નીચે લગભગ 0.02 ગ્રામ/g ના દળ તફાવત સાથે હકારાત્મક પરિણામો પણ પ્રાપ્ત થયા હતા. કોટિંગની સ્થિરતા અને સંલગ્નતા વધારવા માટે હાઇડ્રોક્સીથાઇલસેલ્યુલોઝને એક ઉમેરણ તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું. ઉત્પાદનોના શોષણ ગુણધર્મોનું મૂલ્યાંકન એક સાથે TGA-DTG દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું અને ISO2409 માં વર્ણવેલ પરીક્ષણો પર આધારિત પદ્ધતિ દ્વારા તેમના સંલગ્નતાને વર્ગીકૃત કરવામાં આવી હતી. 100 °C થી ઓછા તાપમાને લગભગ 0.1 g/g ના વજનના તફાવત સાથે તેની શોષણ ક્ષમતા જાળવી રાખતી વખતે CaCl2 કોટિંગની સુસંગતતા અને સંલગ્નતામાં નોંધપાત્ર સુધારો થાય છે. વધુમાં, MgSO4 હાઇડ્રેટ્સ બનાવવાની ક્ષમતા જાળવી રાખે છે, જે 100 °C થી ઓછા તાપમાને 0.04 g/g થી વધુનો સમૂહ તફાવત દર્શાવે છે. અંતે, કોટેડ મેટલ ફાઇબરની તપાસ કરવામાં આવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે Al2(SO4)3 સાથે કોટેડ ફાઇબર સ્ટ્રક્ચરની અસરકારક થર્મલ વાહકતા શુદ્ધ Al2(SO4)3 ના જથ્થાની તુલનામાં 4.7 ગણી વધારે હોઈ શકે છે. અભ્યાસ કરાયેલ કોટિંગ્સના કોટિંગની દૃષ્ટિની તપાસ કરવામાં આવી હતી, અને ક્રોસ સેક્શનની માઇક્રોસ્કોપિક છબીનો ઉપયોગ કરીને આંતરિક રચનાનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું હતું. લગભગ 50 µm ની જાડાઈ સાથે Al2(SO4)3 નું કોટિંગ મેળવવામાં આવ્યું હતું, પરંતુ વધુ સમાન વિતરણ પ્રાપ્ત કરવા માટે એકંદર પ્રક્રિયાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવી આવશ્યક છે.
શોષણ પ્રણાલીઓએ છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓમાં ઘણું ધ્યાન ખેંચ્યું છે કારણ કે તે પરંપરાગત કમ્પ્રેશન હીટ પંપ અથવા રેફ્રિજરેશન સિસ્ટમ્સ માટે પર્યાવરણને અનુકૂળ વિકલ્પ પૂરો પાડે છે. વધતા આરામ ધોરણો અને વૈશ્વિક સરેરાશ તાપમાન સાથે, શોષણ પ્રણાલીઓ નજીકના ભવિષ્યમાં અશ્મિભૂત ઇંધણ પરની નિર્ભરતા ઘટાડી શકે છે. વધુમાં, શોષણ રેફ્રિજરેશન અથવા હીટ પંપમાં કોઈપણ સુધારાને થર્મલ એનર્જી સ્ટોરેજમાં ટ્રાન્સફર કરી શકાય છે, જે પ્રાથમિક ઉર્જાના કાર્યક્ષમ ઉપયોગની સંભાવનામાં વધારાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. શોષણ હીટ પંપ અને રેફ્રિજરેશન સિસ્ટમ્સનો મુખ્ય ફાયદો એ છે કે તેઓ ઓછા ગરમીના જથ્થા સાથે કાર્ય કરી શકે છે. આ તેમને સૌર ઉર્જા અથવા કચરો ગરમી જેવા નીચા તાપમાનના સ્ત્રોતો માટે યોગ્ય બનાવે છે. ઉર્જા સંગ્રહ એપ્લિકેશનોની દ્રષ્ટિએ, શોષણમાં સમજદાર અથવા સુષુપ્ત ઉર્જા સંગ્રહની તુલનામાં ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા અને ઓછી ઉર્જા વિસર્જનનો ફાયદો છે.
શોષણ ઉષ્મા પંપ અને રેફ્રિજરેશન સિસ્ટમ્સ તેમના વરાળ સંકોચન સમકક્ષો જેવા જ થર્મોડાયનેમિક ચક્રને અનુસરે છે. મુખ્ય તફાવત એ છે કે કોમ્પ્રેસર ઘટકોને શોષક સાથે બદલવામાં આવે છે. આ તત્વ મધ્યમ તાપમાને ઓછા દબાણવાળા રેફ્રિજરેન્ટ વરાળને શોષી શકે છે, પ્રવાહી ઠંડુ હોય ત્યારે પણ વધુ રેફ્રિજરેન્ટ બાષ્પીભવન કરે છે. શોષણની એન્થાલ્પી (એક્સોથર્મ) ને બાકાત રાખવા માટે શોષકનું સતત ઠંડુ થવું જરૂરી છે. ઉચ્ચ તાપમાને શોષક પુનઃજનન થાય છે, જેના કારણે રેફ્રિજરેન્ટ વરાળ શોષાય છે. ડિસોર્પ્શન (એન્ડોથર્મિક) ની એન્થાલ્પી પ્રદાન કરવા માટે ગરમી ચાલુ રાખવી જોઈએ. કારણ કે શોષણ પ્રક્રિયાઓ તાપમાનમાં ફેરફાર દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, ઉચ્ચ શક્તિ ઘનતા માટે ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતાની જરૂર પડે છે. જો કે, મોટાભાગના કાર્યક્રમોમાં ઓછી થર્મલ વાહકતા મુખ્ય ગેરલાભ છે.
વાહકતાની મુખ્ય સમસ્યા એ છે કે શોષણ/ડિસોર્પ્શન વરાળના પ્રવાહને પૂરો પાડતા પરિવહન માર્ગને જાળવી રાખીને તેના સરેરાશ મૂલ્યમાં વધારો કરવો. આ હાંસલ કરવા માટે સામાન્ય રીતે બે અભિગમોનો ઉપયોગ થાય છે: સંયુક્ત ગરમી વિનિમયકર્તાઓ અને કોટેડ ગરમી વિનિમયકર્તાઓ. સૌથી લોકપ્રિય અને સફળ સંયુક્ત સામગ્રી તે છે જે કાર્બન-આધારિત ઉમેરણોનો ઉપયોગ કરે છે, જેમ કે વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ, સક્રિય કાર્બન અથવા કાર્બન ફાઇબર. ઓલિવેરા એટ અલ. 2 કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ સાથે ગર્ભિત વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ પાવડર 306 W/kg સુધીની ચોક્કસ ઠંડક ક્ષમતા (SCP) અને 0.46 સુધીના પ્રદર્શન ગુણાંક (COP) સાથે શોષક ઉત્પન્ન કરે છે. ઝાજાક્ઝકોવસ્કી એટ અલ. 3 એ 15 W/mK ની કુલ વાહકતા સાથે વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ, કાર્બન ફાઇબર અને કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડનું સંયોજન પ્રસ્તાવિત કર્યું. જિયાન એટ અલ. 4 બે-તબક્કાના શોષણ ઠંડક ચક્રમાં સબસ્ટ્રેટ તરીકે વિસ્તૃત કુદરતી ગ્રેફાઇટ (ENG-TSA) સાથે સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે પરીક્ષણ કરાયેલ કમ્પોઝિટ. આ મોડેલે COP 0.215 થી 0.285 અને SCP 161.4 થી 260.74 W/kg ની આગાહી કરી હતી.
અત્યાર સુધીનો સૌથી વ્યવહારુ ઉકેલ કોટેડ હીટ એક્સ્ચેન્જર છે. આ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સના કોટિંગ મિકેનિઝમ્સને બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: ડાયરેક્ટ સિન્થેસિસ અને એડહેસિવ્સ. સૌથી સફળ પદ્ધતિ ડાયરેક્ટ સિન્થેસિસ છે, જેમાં યોગ્ય રીએજન્ટ્સમાંથી હીટ એક્સ્ચેન્જર્સની સપાટી પર સીધા શોષક પદાર્થોની રચનાનો સમાવેશ થાય છે. સોટેક5 એ ફેરનહીટ જીએમબીએચ દ્વારા ઉત્પાદિત કુલર્સની શ્રેણીમાં ઉપયોગ માટે કોટેડ ઝીઓલાઇટને સંશ્લેષણ કરવાની પદ્ધતિ પેટન્ટ કરી છે. શ્નાબેલ એટ અલ6 એ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ પર કોટેડ બે ઝીઓલાઇટ્સના પ્રદર્શનનું પરીક્ષણ કર્યું. જો કે, આ પદ્ધતિ ફક્ત ચોક્કસ શોષક તત્વો સાથે કામ કરે છે, જે એડહેસિવ્સ સાથે કોટિંગને એક રસપ્રદ વિકલ્પ બનાવે છે. બાઈન્ડર એ નિષ્ક્રિય પદાર્થો છે જે સોર્બેન્ટ સંલગ્નતા અને/અથવા માસ ટ્રાન્સફરને ટેકો આપવા માટે પસંદ કરવામાં આવે છે, પરંતુ શોષણ અથવા વાહકતા વધારવામાં કોઈ ભૂમિકા ભજવતા નથી. ફ્રેની એટ અલ. 7 કોટેડ એલ્યુમિનિયમ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ AQSOA-Z02 ઝીઓલાઇટ સાથે માટી-આધારિત બાઈન્ડર સાથે સ્થિર થાય છે. કેલાબ્રેસ એટ અલ.8 એ પોલિમરીક બાઈન્ડર સાથે ઝીઓલાઇટ કોટિંગ્સની તૈયારીનો અભ્યાસ કર્યો. અમ્માન અને અન્યોએ પોલીવિનાઇલ આલ્કોહોલના ચુંબકીય મિશ્રણમાંથી છિદ્રાળુ ઝીઓલાઇટ કોટિંગ્સ તૈયાર કરવા માટે એક પદ્ધતિનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. એલ્યુમિના (એલ્યુમિના)નો ઉપયોગ શોષકમાં બાઈન્ડર 10 તરીકે પણ થાય છે. અમારી જાણકારી મુજબ, સેલ્યુલોઝ અને હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝનો ઉપયોગ ફક્ત ભૌતિક શોષક 11,12 સાથે સંયોજનમાં થાય છે. કેટલીકવાર ગુંદરનો ઉપયોગ પેઇન્ટ માટે થતો નથી, પરંતુ તેનો ઉપયોગ તેના પોતાના પર માળખું 13 બનાવવા માટે થાય છે. બહુવિધ મીઠાના હાઇડ્રેટ્સ સાથે અલ્જીનેટ પોલિમર મેટ્રિસિસનું મિશ્રણ લવચીક સંયુક્ત મણકાની રચના બનાવે છે જે સૂકવણી દરમિયાન લિકેજને અટકાવે છે અને પર્યાપ્ત માસ ટ્રાન્સફર પ્રદાન કરે છે. બેન્ટોનાઇટ અને એટાપુલ્ગાઇટ જેવી માટીનો ઉપયોગ કમ્પોઝિટ 15,16,17 ની તૈયારી માટે બાઈન્ડર તરીકે કરવામાં આવ્યો છે. કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ 18 અથવા સોડિયમ સલ્ફાઇડ 19 ને માઇક્રોએનકેપ્સ્યુલેટ કરવા માટે ઇથિલસેલ્યુલોઝનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે.
છિદ્રાળુ ધાતુ માળખું ધરાવતા સંયોજનોને એડિટિવ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ અને કોટેડ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. આ રચનાઓનો ફાયદો ઉચ્ચ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર છે. આના પરિણામે શોષક અને ધાતુ વચ્ચે નિષ્ક્રિય સમૂહ ઉમેર્યા વિના મોટી સંપર્ક સપાટી બને છે, જે રેફ્રિજરેશન ચક્રની એકંદર કાર્યક્ષમતા ઘટાડે છે. લેંગ એટ અલ. 20 એ એલ્યુમિનિયમ હનીકોમ્બ માળખું ધરાવતા ઝીઓલાઇટ શોષકની એકંદર વાહકતામાં સુધારો કર્યો છે. ગિલર્મિનોટ એટ અલ. 21 એ કોપર અને નિકલ ફીણ ​​સાથે NaX ઝીઓલાઇટ સ્તરોની થર્મલ વાહકતામાં સુધારો કર્યો છે. જોકે સંયોજનોનો ઉપયોગ ફેઝ ચેન્જ મટિરિયલ્સ (PCMs) તરીકે થાય છે, Li એટ અલ. 22 અને ઝાઓ એટ અલ. 23 ના તારણો રસાયણ શોષણ માટે પણ રસપ્રદ છે. તેઓએ વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ અને મેટલ ફોમના પ્રદર્શનની તુલના કરી અને તારણ કાઢ્યું કે જો કાટનો મુદ્દો ન હોય તો જ બાદમાં વધુ સારું હતું. પાલોમ્બા એટ અલ. શોષકોને કોટ કરવા માટે ધાતુના છિદ્રાળુ માળખાંનો વ્યવહારીક ઉપયોગ થતો નથી, જે વધુ શ્રેષ્ઠ ઉકેલ છે. ઝીઓલાઇટ્સ સાથે બંધનનું ઉદાહરણ વિટસ્ટાડ્ટ એટ અલ. 26 માં મળી શકે છે પરંતુ મીઠાના હાઇડ્રેટ્સની ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા 27 હોવા છતાં તેમને બાંધવાનો કોઈ પ્રયાસ કરવામાં આવ્યો નથી.
આમ, આ લેખમાં શોષક કોટિંગ તૈયાર કરવા માટેની ત્રણ પદ્ધતિઓનો અભ્યાસ કરવામાં આવશે: (1) બાઈન્ડર કોટિંગ, (2) સીધી પ્રતિક્રિયા, અને (3) સપાટીની સારવાર. અગાઉ નોંધાયેલ સ્થિરતા અને ભૌતિક શોષક સાથે સંયોજનમાં સારા કોટિંગ સંલગ્નતાને કારણે આ કાર્યમાં હાઇડ્રોક્સીથાઇલસેલ્યુલોઝ પસંદગીનું બાઈન્ડર હતું. શરૂઆતમાં સપાટ કોટિંગ્સ માટે આ પદ્ધતિની તપાસ કરવામાં આવી હતી અને પછીથી મેટલ ફાઇબર સ્ટ્રક્ચર્સ પર લાગુ કરવામાં આવી હતી. અગાઉ, શોષક કોટિંગ્સની રચના સાથે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની શક્યતાનું પ્રારંભિક વિશ્લેષણ નોંધવામાં આવ્યું હતું. અગાઉનો અનુભવ હવે મેટલ ફાઇબર સ્ટ્રક્ચર્સના કોટિંગમાં સ્થાનાંતરિત થઈ રહ્યો છે. આ કાર્ય માટે પસંદ કરાયેલ સપાટીની સારવાર એલ્યુમિનિયમ એનોડાઇઝિંગ પર આધારિત પદ્ધતિ છે. સૌંદર્યલક્ષી હેતુઓ માટે એલ્યુમિનિયમ એનોડાઇઝિંગને મેટલ ક્ષાર સાથે સફળતાપૂર્વક જોડવામાં આવ્યું છે29. આ કિસ્સાઓમાં, ખૂબ જ સ્થિર અને કાટ-પ્રતિરોધક કોટિંગ મેળવી શકાય છે. જો કે, તેઓ કોઈપણ શોષણ અથવા ડિસોર્પ્શન પ્રક્રિયા હાથ ધરી શકતા નથી. આ પેપર આ અભિગમનો એક પ્રકાર રજૂ કરે છે જે મૂળ પ્રક્રિયાના એડહેસિવ ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરીને સમૂહને ખસેડવાની મંજૂરી આપે છે. અમારા શ્રેષ્ઠ જ્ઞાન મુજબ, અહીં વર્ણવેલ કોઈપણ પદ્ધતિઓનો અગાઉ અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો નથી. તેઓ ખૂબ જ રસપ્રદ નવી ટેકનોલોજીનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે કારણ કે તેઓ હાઇડ્રેટેડ શોષક કોટિંગ્સની રચનાને મંજૂરી આપે છે, જે વારંવાર અભ્યાસ કરાયેલા ભૌતિક શોષકો કરતાં ઘણા ફાયદા ધરાવે છે.
આ પ્રયોગો માટે સબસ્ટ્રેટ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતી સ્ટેમ્પ્ડ એલ્યુમિનિયમ પ્લેટો ચેક રિપબ્લિકના ALINVEST Břidličná દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવી હતી. તેમાં 98.11% એલ્યુમિનિયમ, 1.3622% આયર્ન, 0.3618% મેંગેનીઝ અને કોપર, મેગ્નેશિયમ, સિલિકોન, ટાઇટેનિયમ, ઝીંક, ક્રોમિયમ અને નિકલના અવશેષો છે.
કમ્પોઝીટના ઉત્પાદન માટે પસંદ કરાયેલી સામગ્રી તેમના થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મો અનુસાર પસંદ કરવામાં આવે છે, એટલે કે, 120°C થી નીચેના તાપમાને તેઓ કેટલું પાણી શોષી શકે છે/શોષી શકે છે તેના આધારે.
મેગ્નેશિયમ સલ્ફેટ (MgSO4) એ સૌથી રસપ્રદ અને અભ્યાસ કરાયેલ હાઇડ્રેટેડ ક્ષાર પૈકીનું એક છે30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મોને વ્યવસ્થિત રીતે માપવામાં આવ્યા છે અને શોષણ રેફ્રિજરેશન, હીટ પંપ અને ઉર્જા સંગ્રહના ક્ષેત્રોમાં ઉપયોગ માટે યોગ્ય હોવાનું જાણવા મળ્યું છે. ડ્રાય મેગ્નેશિયમ સલ્ફેટ CAS-Nr.7487-88-9 99% (ગ્રુસિંગ GmbH, ફિલસમ, નિડરશાક્સેન, જર્મની) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ (CaCl2) (H319) એ બીજું સારી રીતે અભ્યાસ કરાયેલ મીઠું છે કારણ કે તેના હાઇડ્રેટમાં રસપ્રદ થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મો છે41,42,43,44. કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ હેક્સાહાઇડ્રેટ CAS-નં. 7774-34-7 97% વપરાયેલ (ગ્રુસિંગ, GmbH, ફિલસમ, નિડરશાક્સેન, જર્મની).
ઝીંક સલ્ફેટ (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) અને તેના હાઇડ્રેટ્સમાં નીચા તાપમાન શોષણ પ્રક્રિયાઓ માટે યોગ્ય થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મો છે45,46. ઝીંક સલ્ફેટ હેપ્ટાહાઇડ્રેટ CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (ગ્રુસિંગ GmbH, ફિલસમ, નિડરશાક્સેન, જર્મની) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
સ્ટ્રોન્ટિયમ ક્લોરાઇડ (SrCl2) (H318) માં રસપ્રદ થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મો પણ છે4,45,47 જોકે તેને ઘણીવાર શોષણ ગરમી પંપ અથવા ઊર્જા સંગ્રહ સંશોધનમાં એમોનિયા સાથે જોડવામાં આવે છે. સ્ટ્રોન્ટિયમ ક્લોરાઇડ હેક્સાહાઇડ્રેટ CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (સિગ્મા એલ્ડ્રિચ, સેન્ટ લૂઇસ, મિઝોરી, યુએસએ) નો ઉપયોગ સંશ્લેષણ માટે કરવામાં આવ્યો હતો.
કોપર સલ્ફેટ (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) વ્યાવસાયિક સાહિત્યમાં વારંવાર જોવા મળતા હાઇડ્રેટ્સમાં શામેલ નથી, જોકે તેના થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મો નીચા તાપમાનના ઉપયોગો માટે રસપ્રદ છે48,49. કોપર સલ્ફેટ CAS-Nr.7758-99-8 99% (સિગ્મા એલ્ડ્રિચ, સેન્ટ લૂઇસ, MO, USA) નો ઉપયોગ સંશ્લેષણ માટે કરવામાં આવ્યો હતો.
મેગ્નેશિયમ ક્લોરાઇડ (MgCl2) એ હાઇડ્રેટેડ ક્ષારમાંથી એક છે જેને તાજેતરમાં થર્મલ એનર્જી સ્ટોરેજના ક્ષેત્રમાં વધુ ધ્યાન આપવામાં આવ્યું છે50,51. પ્રયોગો માટે મેગ્નેશિયમ ક્લોરાઇડ હેક્સાહાઇડ્રેટ CAS-Nr.7791-18-6 શુદ્ધ ફાર્માસ્યુટિકલ ગ્રેડ (એપ્લીકેમ GmbH., ડાર્મસ્ટેડ, જર્મની) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
ઉપર જણાવ્યા મુજબ, હાઇડ્રોક્સિએથિલ સેલ્યુલોઝની પસંદગી સમાન એપ્લિકેશનોમાં સકારાત્મક પરિણામોને કારણે કરવામાં આવી હતી. અમારા સંશ્લેષણમાં વપરાતી સામગ્રી હાઇડ્રોક્સિએથિલ સેલ્યુલોઝ CAS-Nr 9004-62-0 (સિગ્મા એલ્ડ્રિચ, સેન્ટ લૂઇસ, MO, USA) છે.
ધાતુના તંતુઓ ટૂંકા વાયરોમાંથી બનાવવામાં આવે છે જે કમ્પ્રેશન અને સિન્ટરિંગ દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા હોય છે, આ પ્રક્રિયા ક્રુસિબલ મેલ્ટ એક્સટ્રેક્શન (CME)52 તરીકે ઓળખાય છે. આનો અર્થ એ છે કે તેમની થર્મલ વાહકતા માત્ર ઉત્પાદનમાં વપરાતી ધાતુઓની બલ્ક વાહકતા અને અંતિમ રચનાની છિદ્રાળુતા પર જ નહીં, પણ થ્રેડો વચ્ચેના બોન્ડની ગુણવત્તા પર પણ આધાર રાખે છે. તંતુઓ આઇસોટ્રોપિક નથી અને ઉત્પાદન દરમિયાન ચોક્કસ દિશામાં વિતરિત થવાનું વલણ ધરાવે છે, જે ત્રાંસી દિશામાં થર્મલ વાહકતા ઘણી ઓછી બનાવે છે.
વેક્યુમ પેકેજ (Netzsch TG 209 F1 Libra) માં એક સાથે થર્મોગ્રેવિમેટ્રિક વિશ્લેષણ (TGA)/ડિફરન્શિયલ થર્મોગ્રેવિમેટ્રિક વિશ્લેષણ (DTG) નો ઉપયોગ કરીને પાણી શોષણ ગુણધર્મોની તપાસ કરવામાં આવી હતી. માપન વહેતા નાઇટ્રોજન વાતાવરણમાં 10 મિલી/મિનિટના પ્રવાહ દરે અને એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ ક્રુસિબલ્સમાં 25 થી 150°C તાપમાનની શ્રેણીમાં કરવામાં આવ્યું હતું. ગરમીનો દર 1 °C/મિનિટ હતો, નમૂનાનું વજન 10 થી 20 મિલિગ્રામ સુધી બદલાતું હતું, રિઝોલ્યુશન 0.1 μg હતું. આ કાર્યમાં, એ નોંધવું જોઈએ કે પ્રતિ યુનિટ સપાટીના સમૂહ તફાવતમાં મોટી અનિશ્ચિતતા છે. TGA-DTG માં ઉપયોગમાં લેવાતા નમૂનાઓ ખૂબ નાના અને અનિયમિત રીતે કાપેલા છે, જે તેમના ક્ષેત્રફળ નિર્ધારણને અચોક્કસ બનાવે છે. જો મોટા વિચલનોને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે તો જ આ મૂલ્યો મોટા વિસ્તારમાં એક્સ્ટ્રાપોલેટ કરી શકાય છે.
એટેન્યુએટેડ ટોટલ રિફ્લેક્શન ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ ઇન્ફ્રારેડ (ATR-FTIR) સ્પેક્ટ્રા બ્રુકર વર્ટેક્ષ 80 v FTIR સ્પેક્ટ્રોમીટર (બ્રુકર ઓપ્ટિક GmbH, લીપઝિગ, જર્મની) પર ATR પ્લેટિનમ એક્સેસરી (બ્રુકર ઓપ્ટિક GmbH, જર્મની) નો ઉપયોગ કરીને મેળવવામાં આવ્યો હતો. પ્રાયોગિક માપન માટે પૃષ્ઠભૂમિ તરીકે નમૂનાઓનો ઉપયોગ કરતા પહેલા શુદ્ધ સૂકા હીરા સ્ફટિકોના સ્પેક્ટ્રાને સીધા શૂન્યાવકાશમાં માપવામાં આવ્યા હતા. નમૂનાઓને 2 cm-1 ના સ્પેક્ટ્રલ રિઝોલ્યુશન અને 32 ના સરેરાશ સ્કેનનો ઉપયોગ કરીને શૂન્યાવકાશમાં માપવામાં આવ્યા હતા. વેવનમ્બર 8000 થી 500 cm-1 સુધીની રેન્જ ધરાવે છે. OPUS પ્રોગ્રામનો ઉપયોગ કરીને સ્પેક્ટ્રલ વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.
2 અને 5 kV ના એક્સિલરેટેડ વોલ્ટેજ પર Zeiss ના DSM 982 Gemini નો ઉપયોગ કરીને SEM વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. પેલ્ટિયર કૂલ્ડ સિલિકોન ડ્રિફ્ટ ડિટેક્ટર (SSD) સાથે થર્મો ફિશર સિસ્ટમ 7 નો ઉપયોગ કરીને એનર્જી ડિસ્પર્સિવ એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDX) કરવામાં આવી હતી.
ધાતુની પ્લેટોની તૈયારી 53 માં વર્ણવેલ પ્રક્રિયા અનુસાર કરવામાં આવી હતી. પ્રથમ, પ્લેટને 50% સલ્ફ્યુરિક એસિડમાં 15 મિનિટ માટે બોળી રાખો. પછી તેમને લગભગ 10 સેકન્ડ માટે 1 M સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ દ્રાવણમાં દાખલ કરવામાં આવ્યા. પછી નમૂનાઓને મોટી માત્રામાં નિસ્યંદિત પાણીથી ધોવામાં આવ્યા, અને પછી 30 મિનિટ માટે નિસ્યંદિત પાણીમાં પલાળી રાખવામાં આવ્યા. પ્રારંભિક સપાટીની સારવાર પછી, નમૂનાઓને 3% સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં બોળી દેવામાં આવ્યા. HEC અને લક્ષ્ય મીઠું. અંતે, તેમને બહાર કાઢો અને 60°C પર સૂકવો.
એનોડાઇઝિંગ પદ્ધતિ નિષ્ક્રિય ધાતુ પર કુદરતી ઓક્સાઇડ સ્તરને વધારે છે અને મજબૂત બનાવે છે. એલ્યુમિનિયમ પેનલ્સને સલ્ફ્યુરિક એસિડથી સખત સ્થિતિમાં એનોડાઇઝ કરવામાં આવ્યા હતા અને પછી ગરમ પાણીમાં સીલ કરવામાં આવ્યા હતા. એનોડાઇઝિંગ પછી 1 mol/l NaOH (600 s) સાથે પ્રારંભિક એચિંગ કરવામાં આવ્યું હતું અને ત્યારબાદ 1 mol/l HNO3 (60 s) માં તટસ્થીકરણ કરવામાં આવ્યું હતું. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્રાવણ 2.3 M H2SO4, 0.01 M Al2(SO4)3, અને 1 M MgSO4 + 7H2O નું મિશ્રણ છે. એનોડાઇઝિંગ (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 પર 1200 સેકન્ડ માટે કરવામાં આવ્યું હતું. સીલિંગ પ્રક્રિયા સામગ્રીમાં વર્ણવ્યા મુજબ વિવિધ ખારા દ્રાવણમાં હાથ ધરવામાં આવી હતી (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2). નમૂનાને તેમાં 1800 સેકન્ડ માટે ઉકાળવામાં આવે છે.
કમ્પોઝિટ બનાવવા માટેની ત્રણ અલગ અલગ પદ્ધતિઓનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે: એડહેસિવ કોટિંગ, સીધી પ્રતિક્રિયા અને સપાટીની સારવાર. દરેક તાલીમ પદ્ધતિના ફાયદા અને ગેરફાયદાનું વ્યવસ્થિત રીતે વિશ્લેષણ અને ચર્ચા કરવામાં આવી છે. પરિણામોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે પ્રત્યક્ષ નિરીક્ષણ, નેનોઇમેજિંગ અને રાસાયણિક/તત્વ વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
મીઠાના હાઇડ્રેટ્સના સંલગ્નતાને વધારવા માટે રૂપાંતર સપાટી સારવાર પદ્ધતિ તરીકે એનોડાઇઝિંગ પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું. આ સપાટી સારવાર એલ્યુમિના સપાટી પર સીધા એલ્યુમિના (એલ્યુમિના) નું છિદ્રાળુ માળખું બનાવે છે. પરંપરાગત રીતે, આ પદ્ધતિમાં બે તબક્કા હોય છે: પ્રથમ તબક્કો એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડનું છિદ્રાળુ માળખું બનાવે છે, અને બીજો તબક્કો એલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનું આવરણ બનાવે છે જે છિદ્રોને બંધ કરે છે. ગેસ તબક્કામાં પ્રવેશને અવરોધિત કર્યા વિના મીઠાને અવરોધિત કરવાની બે પદ્ધતિઓ નીચે મુજબ છે. પ્રથમમાં શોષક સ્ફટિકોને પકડી રાખવા અને ધાતુની સપાટી પર તેનું સંલગ્નતા વધારવા માટે પ્રથમ પગલામાં મેળવેલી નાની એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ (Al2O3) ટ્યુબનો ઉપયોગ કરીને મધપૂડો સિસ્ટમનો સમાવેશ થાય છે. પરિણામી મધપૂડોનો વ્યાસ લગભગ 50 nm અને લંબાઈ 200 nm (આકૃતિ 1a) હોય છે. અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યા મુજબ, આ પોલાણ સામાન્ય રીતે બીજા પગલામાં Al2O(OH)2 બોહેમાઇટના પાતળા સ્તર સાથે બંધ કરવામાં આવે છે જે એલ્યુમિના ટ્યુબ ઉકળતા પ્રક્રિયા દ્વારા સપોર્ટેડ હોય છે. બીજી પદ્ધતિમાં, આ સીલિંગ પ્રક્રિયાને એવી રીતે સંશોધિત કરવામાં આવે છે કે મીઠાના સ્ફટિકો બોહેમાઇટ (Al2O(OH)) ના એકસરખા આવરણવાળા સ્તરમાં કેદ થાય છે, જેનો ઉપયોગ આ કિસ્સામાં સીલિંગ માટે થતો નથી. બીજો તબક્કો અનુરૂપ મીઠાના સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં હાથ ધરવામાં આવે છે. વર્ણવેલ પેટર્નના કદ 50-100 nm ની રેન્જમાં હોય છે અને તે છાંટા પડતા ટીપાં જેવા દેખાય છે (આકૃતિ 1b). સીલિંગ પ્રક્રિયાના પરિણામે મેળવેલી સપાટીમાં સંપર્ક ક્ષેત્ર સાથે ઉચ્ચારણ અવકાશી માળખું હોય છે. આ સપાટી પેટર્ન, તેમના ઘણા બંધન રૂપરેખાંકનો સાથે, મીઠાના સ્ફટિકોને વહન કરવા અને પકડી રાખવા માટે આદર્શ છે. વર્ણવેલ બંને રચનાઓ ખરેખર છિદ્રાળુ લાગે છે અને તેમાં નાના પોલાણ હોય છે જે શોષકના સંચાલન દરમિયાન મીઠાના હાઇડ્રેટ્સને જાળવી રાખવા અને મીઠામાં વરાળને શોષવા માટે યોગ્ય લાગે છે. જો કે, EDX નો ઉપયોગ કરીને આ સપાટીઓનું મૂળભૂત વિશ્લેષણ બોહેમાઇટની સપાટી પર મેગ્નેશિયમ અને સલ્ફરની ટ્રેસ માત્રા શોધી શકે છે, જે એલ્યુમિના સપાટીના કિસ્સામાં શોધી શકાતા નથી.
નમૂનાના ATR-FTIR એ પુષ્ટિ આપી કે તત્વ મેગ્નેશિયમ સલ્ફેટ હતું (આકૃતિ 2b જુઓ). સ્પેક્ટ્રમ 610–680 અને 1080–1130 cm–1 પર લાક્ષણિક સલ્ફેટ આયન શિખરો અને 1600–1700 cm–1 અને 3200–3800 cm–1 પર લાક્ષણિક જાળીવાળા પાણીના શિખરો દર્શાવે છે (આકૃતિ 2a, c જુઓ). મેગ્નેશિયમ આયનોની હાજરી લગભગ સ્પેક્ટ્રમ54 ને બદલતી નથી.
(a) બોહેમાઇટ કોટેડ MgSO4 એલ્યુમિનિયમ પ્લેટનું EDX, (b) બોહેમાઇટ અને MgSO4 કોટિંગ્સનું ATR-FTIR સ્પેક્ટ્રા, (c) શુદ્ધ MgSO4 નું ATR-FTIR સ્પેક્ટ્રા.
શોષણ કાર્યક્ષમતા જાળવવાની પુષ્ટિ TGA દ્વારા કરવામાં આવી હતી. આકૃતિ 3b માં આશરે 60°C ની ડિસોર્પ્શન ટોચ બતાવવામાં આવી છે. આ ટોચ શુદ્ધ મીઠાના TGA માં જોવા મળેલા બે શિખરોના તાપમાનને અનુરૂપ નથી (આકૃતિ 3a). શોષણ-ડિસોર્પ્શન ચક્રની પુનરાવર્તિતતાનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું હતું, અને ભેજવાળા વાતાવરણમાં નમૂનાઓ મૂક્યા પછી સમાન વળાંક જોવા મળ્યો હતો (આકૃતિ 3c). ડિસોર્પ્શનના બીજા તબક્કામાં જોવા મળતા તફાવતો વહેતા વાતાવરણમાં ડિહાઇડ્રેશનનું પરિણામ હોઈ શકે છે, કારણ કે આ ઘણીવાર અપૂર્ણ ડિહાઇડ્રેશન તરફ દોરી જાય છે. આ મૂલ્યો પ્રથમ ડિવોટરિંગમાં આશરે 17.9 g/m2 અને બીજા ડિવોટરિંગમાં 10.3 g/m2 ને અનુરૂપ છે.
બોહેમાઇટ અને MgSO4 ના TGA વિશ્લેષણની સરખામણી: શુદ્ધ MgSO4 (a), મિશ્રણ (b) અને રિહાઇડ્રેશન પછી (c) નું TGA વિશ્લેષણ.
શોષક તરીકે કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ સાથે પણ આ જ પદ્ધતિ અપનાવવામાં આવી હતી. પરિણામો આકૃતિ 4 માં રજૂ કરવામાં આવ્યા છે. સપાટીના દ્રશ્ય નિરીક્ષણમાં ધાતુના ગ્લોમાં નાના ફેરફારો જોવા મળ્યા. ફર ભાગ્યે જ દેખાય છે. SEM એ સપાટી પર સમાનરૂપે વિતરિત નાના સ્ફટિકોની હાજરીની પુષ્ટિ કરી. જો કે, TGA એ 150°C થી નીચે કોઈ ડિહાઇડ્રેશન દર્શાવ્યું નથી. આનું કારણ એ હોઈ શકે છે કે TGA દ્વારા શોધવા માટે સબસ્ટ્રેટના કુલ દળની તુલનામાં મીઠાનું પ્રમાણ ખૂબ ઓછું છે.
એનોડાઇઝિંગ પદ્ધતિ દ્વારા કોપર સલ્ફેટ કોટિંગની સપાટીની સારવારના પરિણામો આકૃતિ 5 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. આ કિસ્સામાં, અલ ઓક્સાઇડ રચનામાં CuSO4 નો અપેક્ષિત સમાવેશ થયો ન હતો. તેના બદલે, છૂટક સોય જોવા મળે છે કારણ કે તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે લાક્ષણિક પીરોજ રંગો સાથે ઉપયોગમાં લેવાતા કોપર હાઇડ્રોક્સાઇડ Cu(OH)2 માટે થાય છે.
સ્ટ્રોન્ટીયમ ક્લોરાઇડ સાથે સંયોજનમાં એનોડાઇઝ્ડ સપાટીની સારવારનું પણ પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. પરિણામોમાં અસમાન કવરેજ જોવા મળ્યું (આકૃતિ 6a જુઓ). ક્ષાર સમગ્ર સપાટીને આવરી લે છે કે નહીં તે નક્કી કરવા માટે, EDX વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું. ગ્રે વિસ્તારમાં એક બિંદુ માટેનો વળાંક (આકૃતિ 6b માં બિંદુ 1) થોડું સ્ટ્રોન્ટીયમ અને ઘણું એલ્યુમિનિયમ દર્શાવે છે. આ માપેલા ક્ષેત્રમાં સ્ટ્રોન્ટીયમનું ઓછું પ્રમાણ સૂચવે છે, જે બદલામાં, સ્ટ્રોન્ટીયમ ક્લોરાઇડનું ઓછું આવરણ સૂચવે છે. તેનાથી વિપરીત, સફેદ વિસ્તારોમાં સ્ટ્રોન્ટીયમનું પ્રમાણ વધુ અને એલ્યુમિનિયમનું પ્રમાણ ઓછું હોય છે (આકૃતિ 6b માં બિંદુ 2-6). સફેદ વિસ્તારનું EDX વિશ્લેષણ ઘાટા બિંદુઓ (આકૃતિ 6b માં બિંદુ 2 અને 4), ક્લોરિનનું પ્રમાણ ઓછું અને સલ્ફરનું પ્રમાણ વધારે દર્શાવે છે. આ સ્ટ્રોન્ટીયમ સલ્ફેટનું નિર્માણ સૂચવી શકે છે. તેજસ્વી બિંદુઓ ઉચ્ચ ક્લોરિન સામગ્રી અને ઓછી સલ્ફર સામગ્રી (આકૃતિ 6b માં બિંદુ 3, 5 અને 6) દર્શાવે છે. આ હકીકત દ્વારા સમજાવી શકાય છે કે સફેદ કોટિંગનો મુખ્ય ભાગ અપેક્ષિત સ્ટ્રોન્ટીયમ ક્લોરાઇડથી બનેલો છે. નમૂનાના TGA એ શુદ્ધ સ્ટ્રોન્ટીયમ ક્લોરાઇડ (આકૃતિ 6c) ના લાક્ષણિક તાપમાન પર ટોચ સાથે વિશ્લેષણના અર્થઘટનની પુષ્ટિ કરી. ધાતુના આધારના દળની તુલનામાં મીઠાના નાના અપૂર્ણાંક દ્વારા તેમના નાના મૂલ્યને વાજબી ઠેરવી શકાય છે. પ્રયોગોમાં નક્કી કરાયેલ ડિસોર્પ્શન માસ 150°C તાપમાને શોષકના એકમ ક્ષેત્રફળ દીઠ 7.3 g/m2 ની માત્રાને અનુરૂપ છે.
ઇલોક્સલ-ટ્રીટેડ ઝીંક સલ્ફેટ કોટિંગ્સનું પણ પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. મેક્રોસ્કોપિકલી, કોટિંગ ખૂબ જ પાતળું અને એકસમાન સ્તર છે (આકૃતિ 7a). જો કે, SEM એ ખાલી વિસ્તારો દ્વારા અલગ કરાયેલા નાના સ્ફટિકોથી ઢંકાયેલ સપાટી વિસ્તાર જાહેર કર્યો (આકૃતિ 7b). કોટિંગ અને સબસ્ટ્રેટના TGA ની સરખામણી શુદ્ધ મીઠા સાથે કરવામાં આવી હતી (આકૃતિ 7c). શુદ્ધ મીઠામાં 59.1°C પર એક અસમપ્રમાણ ટોચ હોય છે. કોટેડ એલ્યુમિનિયમમાં 55.5°C અને 61.3°C પર બે નાના શિખરો દર્શાવવામાં આવ્યા હતા, જે ઝીંક સલ્ફેટ હાઇડ્રેટની હાજરી દર્શાવે છે. પ્રયોગમાં દર્શાવેલ સમૂહ તફાવત 150°C ના ડિહાઇડ્રેશન તાપમાન પર 10.9 g/m2 ને અનુરૂપ છે.
અગાઉના એપ્લિકેશન53 ની જેમ, સોર્બેન્ટ કોટિંગના સંલગ્નતા અને સ્થિરતાને સુધારવા માટે હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝનો ઉપયોગ બાઈન્ડર તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો. TGA દ્વારા સામગ્રીની સુસંગતતા અને શોષણ કામગીરી પરની અસરનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું હતું. વિશ્લેષણ કુલ સમૂહના સંબંધમાં હાથ ધરવામાં આવે છે, એટલે કે નમૂનામાં કોટિંગ સબસ્ટ્રેટ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતી મેટલ પ્લેટનો સમાવેશ થાય છે. ISO2409 સ્પષ્ટીકરણમાં વ્યાખ્યાયિત ક્રોસ નોચ પરીક્ષણ (સ્પષ્ટીકરણ જાડાઈ અને પહોળાઈના આધારે નોચ વિભાજન સ્પષ્ટીકરણને પૂર્ણ કરી શકતું નથી) પર આધારિત પરીક્ષણ દ્વારા સંલગ્નતાનું પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે.
પેનલ્સને કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ (CaCl2) (આકૃતિ 8a જુઓ) થી કોટ કરવાથી અસમાન વિતરણ થયું, જે ટ્રાંસવર્સ નોચ ટેસ્ટ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા શુદ્ધ એલ્યુમિનિયમ કોટિંગમાં જોવા મળ્યું ન હતું. શુદ્ધ CaCl2 ના પરિણામોની તુલનામાં, TGA (આકૃતિ 8b) અનુક્રમે 40 અને 20°C ના નીચા તાપમાન તરફ ખસેડાયેલા બે લાક્ષણિક શિખરો દર્શાવે છે. ક્રોસ-સેક્શન પરીક્ષણ ઉદ્દેશ્ય સરખામણી માટે પરવાનગી આપતું નથી કારણ કે શુદ્ધ CaCl2 નમૂના (આકૃતિ 8c માં જમણી બાજુનો નમૂનો) એક પાવડરી અવક્ષેપ છે, જે સૌથી ઉપરના કણોને દૂર કરે છે. HEC પરિણામોએ સંતોષકારક સંલગ્નતા સાથે ખૂબ જ પાતળું અને એકસમાન કોટિંગ દર્શાવ્યું. આકૃતિ 8b માં દર્શાવેલ સમૂહ તફાવત 150°C ના તાપમાને શોષકના એકમ ક્ષેત્રફળ દીઠ 51.3 g/m2 ને અનુરૂપ છે.
મેગ્નેશિયમ સલ્ફેટ (MgSO4) સાથે સંલગ્નતા અને એકરૂપતાના સંદર્ભમાં પણ સકારાત્મક પરિણામો પ્રાપ્ત થયા (આકૃતિ 9 જુઓ). કોટિંગની ડિસોર્પ્શન પ્રક્રિયાના વિશ્લેષણમાં આશરે 60°C ની એક ટોચની હાજરી દર્શાવવામાં આવી. આ તાપમાન શુદ્ધ ક્ષારના નિર્જલીકરણમાં જોવા મળતા મુખ્ય ડિસોર્પ્શન પગલાને અનુરૂપ છે, જે 44°C પર બીજા પગલાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. તે હેક્સાહાઇડ્રેટથી પેન્ટાહાઇડ્રેટમાં સંક્રમણને અનુરૂપ છે અને બાઈન્ડરવાળા કોટિંગ્સના કિસ્સામાં જોવા મળતું નથી. ક્રોસ સેક્શન પરીક્ષણો શુદ્ધ મીઠાનો ઉપયોગ કરીને બનાવેલા કોટિંગ્સની તુલનામાં સુધારેલ વિતરણ અને સંલગ્નતા દર્શાવે છે. TGA-DTC માં જોવા મળતો સમૂહ તફાવત 150°C તાપમાને શોષકના એકમ ક્ષેત્રફળ દીઠ 18.4 g/m2 ને અનુરૂપ છે.
સપાટીની અનિયમિતતાને કારણે, સ્ટ્રોન્ટીયમ ક્લોરાઇડ (SrCl2) ના ફિન્સ પર અસમાન આવરણ છે (આકૃતિ 10a). જો કે, ટ્રાંસવર્સ નોચ પરીક્ષણના પરિણામોએ નોંધપાત્ર રીતે સુધારેલા સંલગ્નતા (આકૃતિ 10c) સાથે સમાન વિતરણ દર્શાવ્યું. TGA વિશ્લેષણમાં વજનમાં ખૂબ જ નાનો તફાવત જોવા મળ્યો, જે ધાતુના સબસ્ટ્રેટની તુલનામાં ઓછા મીઠાના પ્રમાણને કારણે હોવો જોઈએ. જો કે, વળાંક પરના પગલાં ડિહાઇડ્રેશન પ્રક્રિયાની હાજરી દર્શાવે છે, જોકે શુદ્ધ મીઠાનું લક્ષણ દર્શાવતી વખતે મેળવેલા તાપમાન સાથે ટોચ સંકળાયેલી છે. આકૃતિ 10b માં જોવા મળેલા 110°C અને 70.2°C પરના શિખરો શુદ્ધ મીઠાનું વિશ્લેષણ કરતી વખતે પણ મળી આવ્યા હતા. જો કે, 50°C પર શુદ્ધ મીઠામાં જોવા મળતું મુખ્ય ડિહાઇડ્રેશન પગલું બાઈન્ડરનો ઉપયોગ કરીને વળાંકોમાં પ્રતિબિંબિત થયું ન હતું. તેનાથી વિપરીત, બાઈન્ડર મિશ્રણમાં 20.2°C અને 94.1°C પર બે શિખરો જોવા મળ્યા, જે શુદ્ધ મીઠા માટે માપવામાં આવ્યા ન હતા (આકૃતિ 10b). ૧૫૦ °C ના તાપમાને, અવલોકન કરેલ સમૂહ તફાવત શોષકના એકમ ક્ષેત્રફળ દીઠ ૭.૨ ગ્રામ/મી૨ ને અનુરૂપ છે.
HEC અને ઝીંક સલ્ફેટ (ZnSO4) ના મિશ્રણથી સ્વીકાર્ય પરિણામો મળ્યા ન હતા (આકૃતિ 11). કોટેડ ધાતુના TGA વિશ્લેષણમાં કોઈ ડિહાઇડ્રેશન પ્રક્રિયાઓ જાહેર થઈ ન હતી. જોકે કોટિંગનું વિતરણ અને સંલગ્નતામાં સુધારો થયો છે, તેના ગુણધર્મો હજુ પણ શ્રેષ્ઠ નથી.
ધાતુના તંતુઓને પાતળા અને એકસમાન સ્તરથી કોટ કરવાનો સૌથી સરળ રસ્તો ભીનું ગર્ભાધાન (આકૃતિ 12a) છે, જેમાં લક્ષ્ય મીઠાની તૈયારી અને જલીય દ્રાવણ સાથે ધાતુના તંતુઓનું ગર્ભાધાન શામેલ છે.
ભીના ગર્ભાધાનની તૈયારી કરતી વખતે, બે મુખ્ય સમસ્યાઓનો સામનો કરવો પડે છે. એક તરફ, ખારા દ્રાવણનું સપાટી તણાવ છિદ્રાળુ બંધારણમાં પ્રવાહીના યોગ્ય સમાવિષ્ટતાને અટકાવે છે. બાહ્ય સપાટી પર સ્ફટિકીકરણ (આકૃતિ 12d) અને માળખામાં ફસાયેલા હવાના પરપોટા (આકૃતિ 12c) ફક્ત સપાટી તણાવ ઘટાડીને અને નમૂનાને નિસ્યંદિત પાણીથી પૂર્વ-ભીના કરીને ઘટાડી શકાય છે. અંદર હવાને ખાલી કરીને અથવા માળખામાં દ્રાવણ પ્રવાહ બનાવીને નમૂનામાં બળજબરીથી વિસર્જન એ માળખાના સંપૂર્ણ ભરણને સુનિશ્ચિત કરવાની અન્ય અસરકારક રીતો છે.
તૈયારી દરમિયાન બીજી સમસ્યા મીઠાના ભાગમાંથી ફિલ્મ દૂર કરવાની હતી (આકૃતિ 12b જુઓ). આ ઘટના વિસર્જન સપાટી પર સૂકા આવરણની રચના દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જે સંવહન ઉત્તેજિત સૂકવણીને અટકાવે છે અને પ્રસરણ ઉત્તેજિત પ્રક્રિયા શરૂ કરે છે. બીજી પદ્ધતિ પ્રથમ કરતા ઘણી ધીમી છે. પરિણામે, વાજબી સૂકવણી સમય માટે ઉચ્ચ તાપમાન જરૂરી છે, જે નમૂનાની અંદર પરપોટા બનવાનું જોખમ વધારે છે. આ સમસ્યા સાંદ્રતા પરિવર્તન (બાષ્પીભવન) પર નહીં, પરંતુ તાપમાન પરિવર્તન (જેમ કે આકૃતિ 13 માં MgSO4 સાથેના ઉદાહરણમાં) પર આધારિત સ્ફટિકીકરણની વૈકલ્પિક પદ્ધતિ રજૂ કરીને ઉકેલી શકાય છે.
MgSO4 નો ઉપયોગ કરીને ઘન અને પ્રવાહી તબક્કાઓના ઠંડક અને વિભાજન દરમિયાન સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયાનું યોજનાકીય પ્રતિનિધિત્વ.
આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને ઓરડાના તાપમાને (HT) અથવા તેનાથી ઉપર સંતૃપ્ત મીઠાના દ્રાવણ તૈયાર કરી શકાય છે. પહેલા કિસ્સામાં, ઓરડાના તાપમાને નીચે તાપમાન ઘટાડીને સ્ફટિકીકરણ ફરજિયાત કરવામાં આવ્યું હતું. બીજા કિસ્સામાં, જ્યારે નમૂનાને ઓરડાના તાપમાને (RT) ઠંડુ કરવામાં આવ્યું ત્યારે સ્ફટિકીકરણ થયું. પરિણામ સ્ફટિકો (B) અને ઓગળેલા (A) નું મિશ્રણ છે, જેનો પ્રવાહી ભાગ સંકુચિત હવા દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે. આ અભિગમ ફક્ત આ હાઇડ્રેટ્સ પર ફિલ્મની રચનાને ટાળે છે, પરંતુ અન્ય સંયોજનોની તૈયારી માટે જરૂરી સમય પણ ઘટાડે છે. જો કે, સંકુચિત હવા દ્વારા પ્રવાહીને દૂર કરવાથી મીઠાનું વધારાનું સ્ફટિકીકરણ થાય છે, જેના પરિણામે જાડું આવરણ બને છે.
ધાતુની સપાટીને કોટ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી બીજી પદ્ધતિમાં રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા લક્ષ્ય ક્ષારનું સીધું ઉત્પાદન શામેલ છે. ફિન્સ અને ટ્યુબની ધાતુની સપાટી પર એસિડની પ્રતિક્રિયા દ્વારા બનાવેલા કોટેડ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સના ઘણા ફાયદા છે, જેમ કે અમારા અગાઉના અભ્યાસમાં જણાવાયું છે. પ્રતિક્રિયા દરમિયાન વાયુઓની રચનાને કારણે તંતુઓ પર આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ ખૂબ જ ખરાબ પરિણામો તરફ દોરી ગયો. હાઇડ્રોજન ગેસ પરપોટાનું દબાણ પ્રોબની અંદર બને છે અને ઉત્પાદન બહાર નીકળતાની સાથે બદલાય છે (આકૃતિ 14a).
કોટિંગની જાડાઈ અને વિતરણને વધુ સારી રીતે નિયંત્રિત કરવા માટે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા દ્વારા કોટિંગમાં ફેરફાર કરવામાં આવ્યો છે. આ પદ્ધતિમાં નમૂનામાંથી એસિડ મિસ્ટ સ્ટ્રીમ પસાર કરવાનો સમાવેશ થાય છે (આકૃતિ 14b). આના પરિણામે સબસ્ટ્રેટ ધાતુ સાથે પ્રતિક્રિયા દ્વારા એકસમાન કોટિંગ થવાની અપેક્ષા છે. પરિણામો સંતોષકારક હતા, પરંતુ પ્રક્રિયા ખૂબ ધીમી હતી જેથી તેને અસરકારક પદ્ધતિ ગણવામાં ન આવે (આકૃતિ 14c). સ્થાનિક ગરમી દ્વારા ટૂંકા પ્રતિક્રિયા સમય પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.
ઉપરોક્ત પદ્ધતિઓના ગેરફાયદાને દૂર કરવા માટે, એડહેસિવ્સના ઉપયોગ પર આધારિત કોટિંગ પદ્ધતિનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. અગાઉના વિભાગમાં રજૂ કરેલા પરિણામોના આધારે HEC પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું. બધા નમૂનાઓ 3% wt પર તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. બાઈન્ડરને મીઠા સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે છે. રેસાને પાંસળીઓ જેવી જ પ્રક્રિયા અનુસાર પ્રીટ્રીટ કરવામાં આવ્યા હતા, એટલે કે 15 મિનિટની અંદર 50% વોલ્યુમમાં પલાળીને. સલ્ફ્યુરિક એસિડ, પછી 20 સેકન્ડ માટે સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડમાં પલાળીને, નિસ્યંદિત પાણીમાં ધોવામાં આવે છે અને અંતે 30 મિનિટ માટે નિસ્યંદિત પાણીમાં પલાળીને રાખવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, ગર્ભાધાન પહેલાં એક વધારાનું પગલું ઉમેરવામાં આવ્યું હતું. નમૂનાને પાતળા લક્ષ્ય મીઠાના દ્રાવણમાં થોડા સમય માટે ડૂબાડીને લગભગ 60°C પર સૂકવી દો. આ પ્રક્રિયા ધાતુની સપાટીને સુધારવા માટે રચાયેલ છે, ન્યુક્લિયેશન સાઇટ્સ બનાવે છે જે અંતિમ તબક્કામાં કોટિંગના વિતરણમાં સુધારો કરે છે. તંતુમય રચનામાં એક બાજુ છે જ્યાં ફિલામેન્ટ પાતળા અને ચુસ્ત રીતે પેક કરેલા છે, અને વિરુદ્ધ બાજુ છે જ્યાં ફિલામેન્ટ જાડા અને ઓછા વિતરિત છે. આ 52 ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓનું પરિણામ છે.
કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ (CaCl2) માટેના પરિણામો કોષ્ટક 1 માં ચિત્રો સાથે સારાંશ અને ચિત્રિત કરવામાં આવ્યા છે. ઇનોક્યુલેશન પછી સારું કવરેજ. સપાટી પર કોઈ દૃશ્યમાન સ્ફટિકો ન હોય તેવા સેરમાં પણ ધાતુના પ્રતિબિંબ ઓછા થયા હતા, જે પૂર્ણાહુતિમાં ફેરફાર દર્શાવે છે. જો કે, નમૂનાઓને CaCl2 અને HEC ના જલીય મિશ્રણથી ગર્ભિત કર્યા પછી અને લગભગ 60°C તાપમાને સૂકવ્યા પછી, આવરણ માળખાના આંતરછેદો પર કેન્દ્રિત કરવામાં આવ્યા હતા. આ દ્રાવણના સપાટી તણાવને કારણે થતી અસર છે. પલાળ્યા પછી, પ્રવાહી તેના સપાટી તણાવને કારણે નમૂનાની અંદર રહે છે. મૂળભૂત રીતે તે માળખાના આંતરછેદ પર થાય છે. નમૂનાની શ્રેષ્ઠ બાજુમાં મીઠાથી ભરેલા ઘણા છિદ્રો છે. કોટિંગ પછી વજન 0.06 g/cm3 વધ્યું.
મેગ્નેશિયમ સલ્ફેટ (MgSO4) સાથે કોટિંગ કરવાથી પ્રતિ યુનિટ વોલ્યુમ વધુ મીઠું ઉત્પન્ન થાય છે (કોષ્ટક 2). આ કિસ્સામાં, માપેલ વધારો 0.09 g/cm3 છે. બીજિંગ પ્રક્રિયાના પરિણામે વ્યાપક નમૂના કવરેજ થયું. કોટિંગ પ્રક્રિયા પછી, મીઠું નમૂનાની પાતળી બાજુના મોટા વિસ્તારોને અવરોધે છે. વધુમાં, મેટના કેટલાક વિસ્તારો અવરોધિત થાય છે, પરંતુ કેટલીક છિદ્રાળુતા જાળવી રાખવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, રચનાઓના આંતરછેદ પર મીઠાની રચના સરળતાથી અવલોકન કરી શકાય છે, જે પુષ્ટિ કરે છે કે કોટિંગ પ્રક્રિયા મુખ્યત્વે પ્રવાહીના સપાટીના તણાવને કારણે છે, અને મીઠું અને ધાતુના સબસ્ટ્રેટ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે નહીં.
સ્ટ્રોન્ટીયમ ક્લોરાઇડ (SrCl2) અને HEC ના સંયોજન માટેના પરિણામોએ અગાઉના ઉદાહરણો (કોષ્ટક 3) જેવા જ ગુણધર્મો દર્શાવ્યા. આ કિસ્સામાં, નમૂનાની પાતળી બાજુ લગભગ સંપૂર્ણપણે ઢંકાયેલી હોય છે. ફક્ત વ્યક્તિગત છિદ્રો જ દેખાય છે, જે નમૂનામાંથી વરાળ છોડવાના પરિણામે સૂકવણી દરમિયાન રચાય છે. મેટ બાજુ પર જોવા મળેલ પેટર્ન પાછલા કેસ જેવું જ છે, વિસ્તાર મીઠાથી ઢંકાયેલો છે અને તંતુઓ સંપૂર્ણપણે ઢંકાયેલા નથી.
હીટ એક્સ્ચેન્જરના થર્મલ પ્રદર્શન પર તંતુમય રચનાની સકારાત્મક અસરનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, કોટેડ તંતુમય રચનાની અસરકારક થર્મલ વાહકતા નક્કી કરવામાં આવી હતી અને શુદ્ધ કોટિંગ સામગ્રી સાથે તેની તુલના કરવામાં આવી હતી. આકૃતિ 15a માં બતાવેલ ફ્લેટ પેનલ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરીને ASTM D 5470-2017 અનુસાર થર્મલ વાહકતા માપવામાં આવી હતી, જે જાણીતી થર્મલ વાહકતા સાથે સંદર્ભ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે. અન્ય ક્ષણિક માપન પદ્ધતિઓની તુલનામાં, આ સિદ્ધાંત વર્તમાન અભ્યાસમાં ઉપયોગમાં લેવાતી છિદ્રાળુ સામગ્રી માટે ફાયદાકારક છે, કારણ કે માપન સ્થિર સ્થિતિમાં અને પૂરતા નમૂના કદ (બેઝ એરિયા 30 × 30 mm2, ઊંચાઈ આશરે 15 મીમી) સાથે કરવામાં આવે છે. શુદ્ધ કોટિંગ સામગ્રી (સંદર્ભ) અને કોટેડ ફાઇબર સ્ટ્રક્ચરના નમૂનાઓ ફાઇબરની દિશામાં માપન માટે તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા અને ફાઇબરની દિશાને લંબરૂપ રીતે એનિસોટ્રોપિક થર્મલ વાહકતાની અસરનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું હતું. નમૂનાની તૈયારીને કારણે સપાટીની ખરબચડીની અસરને ઘટાડવા માટે નમૂનાઓને સપાટી (P320 ગ્રિટ) પર જમીન પર મૂકવામાં આવ્યા હતા, જે નમૂનાની અંદરની રચનાને પ્રતિબિંબિત કરતી નથી.