Matur nuwun sampun ngunjungi Nature.com. Versi browser sing sampeyan gunakake nduweni dhukungan CSS sing winates. Kanggo pengalaman sing paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing wis dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer). Kangge, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita bakal nampilake situs tanpa gaya lan JavaScript.
Pangsa pasar sistem pendingin adsorpsi lan pompa panas isih relatif cilik dibandhingake karo sistem kompresor tradisional. Senajan ana kauntungan gedhe nggunakake panas sing murah (tinimbang kerja listrik sing larang), implementasi sistem adhedhasar prinsip adsorpsi isih diwatesi mung kanggo sawetara aplikasi tartamtu. Kerugian utama sing kudu diilangi yaiku penurunan daya spesifik amarga konduktivitas termal sing kurang lan stabilitas adsorben sing kurang. Sistem pendingin adsorpsi komersial sing canggih saiki adhedhasar adsorber adhedhasar penukar panas pelat sing dilapisi kanggo ngoptimalake kapasitas pendinginan. Asil kasebut wis dingerteni manawa nyuda kekandelan lapisan nyebabake penurunan impedansi transfer massa, lan nambah rasio area permukaan karo volume struktur konduktif nambah daya tanpa ngorbanake efisiensi. Serat logam sing digunakake ing karya iki bisa nyedhiyakake area permukaan tartamtu ing kisaran 2500-50.000 m2/m3. Telung cara kanggo entuk lapisan hidrat uyah sing tipis banget nanging stabil ing permukaan logam, kalebu serat logam, kanggo produksi lapisan nduduhake kanggo pisanan penukar panas kapadhetan daya dhuwur. Perawatan permukaan adhedhasar anodisasi aluminium dipilih kanggo nggawe ikatan sing luwih kuwat antarane lapisan lan substrat. Mikrostruktur permukaan sing diasilake dianalisis nggunakake mikroskop elektron pindai. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier refleksi total sing dikurangi lan spektroskopi sinar-X dispersif energi digunakake kanggo mriksa anané spesies sing dikarepake ing uji coba. Kemampuane kanggo mbentuk hidrat dikonfirmasi kanthi analisis termogravimetrik gabungan (TGA) / analisis termogravimetrik diferensial (DTG). Kualitas sing kurang apik luwih saka 0,07 g (banyu) / g (komposit) ditemokake ing lapisan MgSO4, nuduhake tandha-tandha dehidrasi ing suhu udakara 60 °C lan bisa direproduksi sawise rehidrasi. Asil positif uga dipikolehi karo SrCl2 lan ZnSO4 kanthi beda massa udakara 0,02 g / g ing ngisor 100 °C. Hidroksietilselulosa dipilih minangka aditif kanggo nambah stabilitas lan adhesi lapisan. Sifat adsorptif produk dievaluasi nganggo TGA-DTG simultan lan adhesi kasebut ditondoi nganggo metode adhedhasar tes sing diterangake ing ISO2409. Konsistensi lan adhesi lapisan CaCl2 saya apik nalika njaga kapasitas adsorpsi kanthi beda bobot udakara 0,1 g/g ing suhu ing ngisor 100 °C. Kajaba iku, MgSO4 njaga kemampuan kanggo mbentuk hidrat, nuduhake beda massa luwih saka 0,04 g/g ing suhu ing ngisor 100 °C. Pungkasan, serat logam sing dilapisi ditliti. Asil kasebut nuduhake yen konduktivitas termal efektif saka struktur serat sing dilapisi Al2(SO4)3 bisa 4,7 kali luwih dhuwur dibandhingake karo volume Al2(SO4)3 murni. Lapisan lapisan sing ditliti ditliti kanthi visual, lan struktur internal dievaluasi nggunakake gambar mikroskopis saka penampang melintang. Lapisan Al2(SO4)3 kanthi kekandelan udakara 50 µm dipikolehi, nanging proses sakabèhé kudu dioptimalake kanggo entuk distribusi sing luwih seragam.
Sistem adsorpsi wis entuk akeh perhatian sajrone sawetara dekade kepungkur amarga nyedhiyakake alternatif sing ramah lingkungan kanggo pompa panas kompresi tradisional utawa sistem pendinginan. Kanthi standar kenyamanan sing saya tambah lan suhu rata-rata global, sistem adsorpsi bisa nyuda katergantungan marang bahan bakar fosil ing mangsa ngarep. Kajaba iku, perbaikan apa wae ing pendinginan adsorpsi utawa pompa panas bisa ditransfer menyang panyimpenan energi termal, sing nuduhake peningkatan tambahan ing potensi panggunaan energi primer sing efisien. Kauntungan utama pompa panas adsorpsi lan sistem pendinginan yaiku bisa beroperasi kanthi massa panas sing sithik. Iki ndadekake cocok kanggo sumber suhu sing sithik kayata energi surya utawa panas limbah. Ing babagan aplikasi panyimpenan energi, adsorpsi nduweni kauntungan saka kapadhetan energi sing luwih dhuwur lan disipasi energi sing luwih sithik dibandhingake karo panyimpenan panas sing sensibel utawa laten.
Pompa panas adsorpsi lan sistem pendinginan ngetutake siklus termodinamika sing padha karo sistem kompresi uap. Bedane utama yaiku panggantos komponen kompresor nganggo adsorber. Unsur kasebut bisa nyerep uap refrigeran tekanan rendah ing suhu sedheng, nguap luwih akeh refrigeran sanajan cairan kasebut adhem. Perlu kanggo mesthekake pendinginan adsorber sing terus-terusan supaya ora ana entalpi adsorpsi (eksotermik). Adsorber diregenerasi ing suhu dhuwur, nyebabake uap refrigeran desorpsi. Pemanasan kudu terus nyedhiyakake entalpi desorpsi (endotermik). Amarga proses adsorpsi ditondoi dening owah-owahan suhu, kapadhetan daya sing dhuwur mbutuhake konduktivitas termal sing dhuwur. Nanging, konduktivitas termal sing kurang minangka kerugian utama ing umume aplikasi.
Masalah utama konduktivitas yaiku kanggo nambah nilai rata-rata nalika njaga jalur transportasi sing nyedhiyakake aliran uap adsorpsi/desorpsi. Rong pendekatan umum digunakake kanggo entuk iki: penukar panas komposit lan penukar panas sing dilapisi. Bahan komposit sing paling populer lan sukses yaiku sing nggunakake aditif berbasis karbon, yaiku grafit sing diekspansi, karbon aktif, utawa serat karbon. Oliveira et al. 2 ngimpregnasi bubuk grafit sing diekspansi karo kalsium klorida kanggo ngasilake adsorber kanthi kapasitas pendinginan spesifik (SCP) nganti 306 W/kg lan koefisien kinerja (COP) nganti 0,46. Zajaczkowski et al. 3 ngusulake kombinasi grafit sing diekspansi, serat karbon lan kalsium klorida kanthi konduktivitas total 15 W/mK. Jian et al4 nguji komposit kanthi asam sulfat sing diolah grafit alami sing diekspansi (ENG-TSA) minangka substrat ing siklus pendinginan adsorpsi rong tahap. Model kasebut ngira-ira COP saka 0,215 nganti 0,285 lan SCP saka 161,4 nganti 260,74 W/kg.
Solusi sing paling bisa ditindakake yaiku penukar panas sing dilapisi. Mekanisme pelapisan penukar panas iki bisa dipérang dadi rong kategori: sintesis langsung lan adhesif. Metode sing paling sukses yaiku sintesis langsung, sing nglibatake pembentukan bahan adsorpsi langsung ing permukaan penukar panas saka reagen sing cocog. Sotech5 wis paten metode kanggo nyintesis zeolit ​​​​sing dilapisi kanggo digunakake ing seri pendingin sing diprodhuksi dening Fahrenheit GmbH. Schnabel et al6 nguji kinerja rong zeolit ​​​​sing dilapisi ing baja tahan karat. Nanging, metode iki mung bisa digunakake karo adsorben tartamtu, sing ndadekake pelapisan nganggo adhesif minangka alternatif sing menarik. Pengikat minangka zat pasif sing dipilih kanggo ndhukung adhesi sorben lan/utawa transfer massa, nanging ora duwe peran ing adsorpsi utawa peningkatan konduktivitas. Freni et al. 7 penukar panas aluminium sing dilapisi nganggo zeolit ​​​​AQSOA-Z02 sing distabilisasi nganggo pengikat berbasis lempung. Calabrese et al.8 nyinaoni persiapan lapisan zeolit ​​​​kanthi pengikat polimer. Ammann et al.9 ngusulake metode kanggo nyiyapake lapisan zeolit ​​​​berpori saka campuran magnetik polivinil alkohol. Alumina (alumina) uga digunakake minangka pengikat 10 ing adsorber. Sakwruh kawruh kita, selulosa lan hidroksietil selulosa mung digunakake bebarengan karo adsorben fisik 11,12. Kadhangkala lem ora digunakake kanggo cat, nanging digunakake kanggo mbangun struktur 13 dhewe. Kombinasi matriks polimer alginat karo pirang-pirang hidrat uyah mbentuk struktur manik komposit fleksibel sing nyegah bocor sajrone pangatusan lan nyedhiyakake transfer massa sing cukup. Lempung kayata bentonit lan atapulgit wis digunakake minangka pengikat kanggo nyiapake komposit 15,16,17. Etilselulosa wis digunakake kanggo ngmikroenkapsulasi kalsium klorida 18 utawa natrium sulfida 19.
Komposit kanthi struktur logam berpori bisa dipérang dadi penukar panas aditif lan penukar panas sing dilapisi. Kauntungan saka struktur kasebut yaiku area permukaan spesifik sing dhuwur. Iki nyebabake permukaan kontak sing luwih gedhe antarane adsorben lan logam tanpa tambahan massa inert, sing nyuda efisiensi sakabèhé siklus pendinginan. Lang et al. 20 wis ningkatake konduktivitas sakabèhé adsorber zeolit ​​kanthi struktur sarang lebah aluminium. Gillerminot et al. 21 ningkatake konduktivitas termal lapisan zeolit ​​NaX kanthi busa tembaga lan nikel. Sanajan komposit digunakake minangka bahan owah-owahan fase (PCM), temuan Li et al. 22 lan Zhao et al. 23 uga menarik kanggo kemisorpsi. Dheweke mbandhingake kinerja grafit sing diluas lan busa logam lan nyimpulake manawa sing terakhir luwih disenengi mung yen korosi ora dadi masalah. Palomba et al. bubar mbandhingake struktur berpori logam liyane24. Van der Pal et al. wis nyinaoni uyah logam sing dipasang ing busa 25. Kabeh conto sadurunge cocog karo lapisan adsorben partikulat sing padhet. Struktur keropos logam praktis ora digunakake kanggo nutupi adsorber, sing minangka solusi sing luwih optimal. Conto pengikatan karo zeolit ​​bisa ditemokake ing Wittstadt et al. 26 nanging durung ana upaya kanggo ngiket hidrat uyah sanajan kapadhetan energine luwih dhuwur 27.
Dadi, telung cara kanggo nyiyapake lapisan adsorben bakal dieksplorasi ing artikel iki: (1) lapisan pengikat, (2) reaksi langsung, lan (3) perawatan permukaan. Hidroksietilselulosa minangka pengikat pilihan ing karya iki amarga stabilitas sing wis dilapurake sadurunge lan adhesi lapisan sing apik nalika digabungake karo adsorben fisik. Cara iki wiwitane diselidiki kanggo lapisan rata lan banjur ditrapake ing struktur serat logam. Sadurunge, analisis awal babagan kemungkinan reaksi kimia kanthi pembentukan lapisan adsorben dilaporake. Pengalaman sadurunge saiki ditransfer menyang lapisan struktur serat logam. Perawatan permukaan sing dipilih kanggo karya iki yaiku cara adhedhasar anodisasi aluminium. Anodisasi aluminium wis kasil digabungake karo uyah logam kanggo tujuan estetika29. Ing kasus iki, lapisan sing stabil banget lan tahan korosi bisa dipikolehi. Nanging, dheweke ora bisa nindakake proses adsorpsi utawa desorpsi. Makalah iki nampilake varian saka pendekatan iki sing ngidini massa dipindhah nggunakake sifat adesif saka proses asli. Sakwruh kawruh kita, ora ana cara sing diterangake ing kene sing wis disinaoni sadurunge. Iki minangka teknologi anyar sing menarik banget amarga ngidini pembentukan lapisan adsorben terhidrasi, sing nduweni sawetara kaluwihan tinimbang adsorben fisik sing kerep ditliti.
Pelat aluminium sing dicap sing digunakake minangka substrat kanggo eksperimen iki diwenehake dening ALINVEST Břidličná, Republik Ceko. Pelat aluminium iki ngandhut 98,11% aluminium, 1,3622% wesi, 0,3618% mangan lan sithik tembaga, magnesium, silikon, titanium, seng, kromium lan nikel.
Bahan sing dipilih kanggo nggawe komposit dipilih miturut sifat termodinamika, yaiku, gumantung saka jumlah banyu sing bisa diserap/didesorpsi ing suhu ing ngisor 120°C.
Magnesium sulfat (MgSO4) minangka salah sawijining uyah hidrat sing paling menarik lan ditliti30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Sifat termodinamika wis diukur kanthi sistematis lan ditemokake cocog kanggo aplikasi ing bidang pendinginan adsorpsi, pompa panas lan panyimpenan energi. Magnesium sulfat garing CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Jerman) digunakake.
Kalsium klorida (CaCl2) (H319) minangka uyah liyané sing wis ditliti kanthi apik amarga hidraté nduwèni sipat termodinamika sing menarik41,42,43,44. Kalsium klorida heksahidrat CAS-No. 7774-34-7 97% digunakaké (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Jerman).
Seng sulfat (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) lan hidrat-hidraté nduwèni sipat termodinamika sing cocog kanggo prosès adsorpsi suhu cendhèk. Seng sulfat heptahidrat CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Jerman) digunakaké.
Strontium klorida (SrCl2) (H318) uga nduweni sipat termodinamika sing menarik4,45,47 sanajan asring digabungake karo amonia ing pompa panas adsorpsi utawa riset panyimpenan energi. Strontium klorida heksahidrat CAS-Nr.10.476-85-4 99,0–102,0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA) digunakake kanggo sintesis.
Tembaga sulfat (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) dudu hidrat sing kerep ditemokake ing literatur profesional, sanajan sifat termodinamika menarik kanggo aplikasi suhu rendah. Tembaga sulfat CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) digunakake kanggo sintesis.
Magnesium klorida (MgCl2) minangka salah sawijining uyah hidrat sing bubar iki entuk perhatian luwih akeh ing babagan panyimpenan energi termal50,51. Magnesium klorida heksahidrat CAS-Nr.7791-18-6 kelas farmasi murni (Applichem GmbH., Darmstadt, Jerman) digunakake kanggo eksperimen kasebut.
Kaya sing wis kasebut ing ndhuwur, hidroksietil selulosa dipilih amarga asil positif ing aplikasi sing padha. Bahan sing digunakake ing sintesis kita yaiku hidroksietil selulosa CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Serat logam digawe saka kabel cendhak sing diiket bebarengan kanthi kompresi lan sintering, proses sing dikenal minangka crucible melt extraction (CME)52. Iki tegese konduktivitas termal ora mung gumantung marang konduktivitas massal logam sing digunakake ing pabrik lan porositas struktur pungkasan, nanging uga marang kualitas ikatan antarane benang. Serat kasebut ora isotropik lan cenderung disebar ing arah tartamtu sajrone produksi, sing ndadekake konduktivitas termal ing arah transversal luwih murah.
Sifat-sifat panyerepan banyu diselidiki nggunakake analisis termogravimetrik simultan (TGA)/analisis termogravimetrik diferensial (DTG) ing paket vakum (Netzsch TG 209 F1 Libra). Pangukuran ditindakake ing atmosfer nitrogen sing mili kanthi laju aliran 10 ml/menit lan kisaran suhu saka 25 nganti 150°C ing wadhah aluminium oksida. Laju pemanasan yaiku 1°C/menit, bobot sampel beda-beda saka 10 nganti 20 mg, resolusi yaiku 0,1 μg. Ing karya iki, kudu dicathet yen beda massa saben unit permukaan duwe ketidakpastian sing gedhe. Sampel sing digunakake ing TGA-DTG cilik banget lan dipotong ora teratur, sing ndadekake panentu area ora akurat. Nilai kasebut mung bisa diekstrapolasi menyang area sing luwih gedhe yen deviasi gedhe dianggep.
Spektrum refleksi total Fourier transform infrared (ATR-FTIR) sing dilemahake dipikolehi ing spektrometer Bruker Vertex 80 v FTIR (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Jerman) nggunakake aksesoris platinum ATR (Bruker Optik GmbH, Jerman). Spektrum kristal berlian garing murni diukur langsung ing vakum sadurunge nggunakake sampel minangka latar mburi kanggo pangukuran eksperimen. Sampel diukur ing vakum nggunakake resolusi spektral 2 cm-1 lan jumlah rata-rata pindai 32. Rentang bilangan gelombang saka 8000 nganti 500 cm-1. Analisis spektral ditindakake nggunakake program OPUS.
Analisis SEM ditindakake nggunakake DSM 982 Gemini saka Zeiss kanthi voltase akselerasi 2 lan 5 kV. Spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDX) ditindakake nggunakake Sistem Thermo Fischer 7 kanthi detektor hanyutan silikon (SSD) sing didinginkan Peltier.
Persiapan pelat logam ditindakake miturut prosedur sing padha karo sing diterangake ing 53. Kapisan, lebokake pelat ing asam sulfat 50%. 15 menit. Banjur dilebokake ing larutan natrium hidroksida 1 M sajrone 10 detik. Banjur sampel dikumbah nganggo banyu suling sing akeh, banjur direndhem ing banyu suling sajrone 30 menit. Sawise perawatan permukaan awal, sampel dicelupake ing larutan jenuh 3%. HEC lan uyah target. Pungkasan, copot lan garingake ing suhu 60°C.
Metode anodisasi ningkatake lan nguatake lapisan oksida alami ing logam pasif. Panel aluminium dianodisasi nganggo asam sulfat ing kahanan atos banjur ditutup nganggo banyu panas. Anodisasi ngetutake etsa awal nganggo 1 mol/l NaOH (600 s) banjur netralisasi ing 1 mol/l HNO3 (60 s). Larutan elektrolit minangka campuran 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3, lan 1 M MgSO4 + 7H2O. Anodisasi ditindakake ing suhu (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 sajrone 1200 detik. Proses penyegelan ditindakake ing macem-macem larutan brine kaya sing diterangake ing bahan (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2). Sampel digodhog ing njero sajrone 1800 detik.
Telung cara sing beda kanggo ngasilake komposit wis diselidiki: lapisan adesif, reaksi langsung, lan perawatan permukaan. Kauntungan lan kekurangan saben cara latihan dianalisis lan dirembug kanthi sistematis. Observasi langsung, nanoimaging, lan analisis kimia/unsur digunakake kanggo ngevaluasi asil.
Anodisasi dipilih minangka metode perawatan permukaan konversi kanggo nambah adhesi hidrat uyah. Perawatan permukaan iki nggawe struktur alumina (alumina) sing keropos langsung ing permukaan aluminium. Sacara tradisional, metode iki kasusun saka rong tahapan: tahap pertama nggawe struktur aluminium oksida sing keropos, lan tahap kapindho nggawe lapisan aluminium hidroksida sing nutup pori-pori. Ing ngisor iki ana rong cara kanggo mblokir uyah tanpa mblokir akses menyang fase gas. Sing pertama kasusun saka sistem sarang tawon nggunakake tabung aluminium oksida cilik (Al2O3) sing dipikolehi ing langkah pertama kanggo nyekel kristal adsorben lan nambah adhesi menyang permukaan logam. Sarang tawon sing diasilake duwe diameter udakara 50 nm lan dawane 200 nm (Gambar 1a). Kaya sing wis kasebut sadurunge, rongga kasebut biasane ditutup ing langkah kapindho kanthi lapisan tipis boehmite Al2O(OH)2 sing didhukung dening proses nggodhog tabung alumina. Ing metode kapindho, proses penyegelan iki diowahi kanthi cara supaya kristal uyah dicekel ing lapisan boehmite (Al2O(OH)) sing nutupi kanthi seragam, sing ora digunakake kanggo penyegelan ing kasus iki. Tahap kapindho ditindakake ing larutan jenuh saka uyah sing cocog. Pola sing diterangake duwe ukuran ing kisaran 50-100 nm lan katon kaya tetesan sing cipratan (Gambar 1b). Permukaan sing dipikolehi minangka asil saka proses penyegelan duwe struktur spasial sing jelas kanthi area kontak sing tambah. Pola permukaan iki, bebarengan karo akeh konfigurasi ikatan, cocog kanggo nggawa lan nyekel kristal uyah. Kaloro struktur sing diterangake katon keropos lan duwe rongga cilik sing katon cocog kanggo nahan hidrat uyah lan nyerep uap menyang uyah sajrone operasi adsorber. Nanging, analisis unsur permukaan kasebut nggunakake EDX bisa ndeteksi jumlah magnesium lan belerang ing permukaan boehmite, sing ora dideteksi ing kasus permukaan alumina.
ATR-FTIR saka sampel kasebut ngonfirmasi manawa unsur kasebut yaiku magnesium sulfat (deleng Gambar 2b). Spektrum kasebut nuduhake puncak ion sulfat sing khas ing 610–680 lan 1080–1130 cm–1 lan puncak banyu kisi sing khas ing 1600–1700 cm–1 lan 3200–3800 cm–1 (deleng Gambar 2a, c). ). Anane ion magnesium meh ora ngganti spektrum54.
(a) EDX saka plat aluminium MgSO4 sing dilapisi boehmit, (b) Spektrum ATR-FTIR saka lapisan boehmit lan MgSO4, (c) Spektrum ATR-FTIR saka MgSO4 murni.
Njaga efisiensi adsorpsi dikonfirmasi dening TGA. Ing gambar 3b nuduhake puncak desorpsi kira-kira 60°C. Puncak iki ora cocog karo suhu rong puncak sing diamati ing TGA uyah murni (Gambar 3a). Pengulangan siklus adsorpsi-desorpsi dievaluasi, lan kurva sing padha diamati sawise nyelehake sampel ing atmosfer lembab (Gambar 3c). Bedane sing diamati ing tahap kapindho desorpsi bisa uga amarga dehidrasi ing atmosfer sing mili, amarga iki asring nyebabake dehidrasi sing ora lengkap. Nilai kasebut cocog karo kira-kira 17,9 g/m2 ing pengeringan pertama lan 10,3 g/m2 ing pengeringan kapindho.
Perbandingan analisis TGA boehmite lan MgSO4: Analisis TGA MgSO4 murni (a), campuran (b) lan sawise rehidrasi (c).
Cara sing padha ditindakake nganggo kalsium klorida minangka adsorben. Asil kasebut dituduhake ing Gambar 4. Inspeksi visual permukaan nuduhake owah-owahan cilik ing cahya logam. Wulune meh ora katon. SEM ngonfirmasi anané kristal cilik sing kasebar rata ing permukaan. Nanging, TGA ora nuduhake dehidrasi ing ngisor 150°C. Iki bisa uga amarga proporsi uyah cilik banget dibandhingake karo massa total substrat kanggo dideteksi dening TGA.
Asil saka perawatan permukaan lapisan tembaga sulfat kanthi metode anodisasi dituduhake ing gambar 5. Ing kasus iki, penggabungan CuSO4 sing diarepake menyang struktur Al oksida ora kedadeyan. Nanging, jarum sing longgar diamati amarga umume digunakake kanggo tembaga hidroksida Cu(OH)2 sing digunakake karo pewarna pirus khas.
Perawatan permukaan anodized uga diuji bebarengan karo strontium klorida. Asil kasebut nuduhake jangkoan sing ora rata (deleng Gambar 6a). Kanggo nemtokake manawa uyah nutupi kabeh permukaan, analisis EDX ditindakake. Kurva kanggo titik ing area abu-abu (titik 1 ing Gambar 6b) nuduhake strontium sithik lan akeh aluminium. Iki nuduhake kandungan strontium sing sithik ing zona sing diukur, sing, sabanjure, nuduhake jangkoan strontium klorida sing sithik. Kosok baline, area putih duwe kandungan strontium sing dhuwur lan kandungan aluminium sing sithik (titik 2-6 ing Gambar 6b). Analisis EDX saka area putih nuduhake titik-titik sing luwih peteng (titik 2 lan 4 ing Gambar 6b), klorin sing sithik lan belerang sing dhuwur. Iki bisa nuduhake pembentukan strontium sulfat. Titik-titik sing luwih padhang nuduhake kandungan klorin sing dhuwur lan kandungan belerang sing sithik (titik 3, 5, lan 6 ing Gambar 6b). Iki bisa diterangake kanthi kasunyatan manawa bagean utama lapisan putih kasusun saka strontium klorida sing diarepake. TGA sampel ngonfirmasi interpretasi analisis kanthi puncak ing suhu karakteristik strontium klorida murni (Gambar 6c). Nilai cilik kasebut bisa dijustifikasi kanthi fraksi uyah cilik dibandhingake karo massa dhukungan logam. Massa desorpsi sing ditemtokake ing eksperimen cocog karo jumlah 7,3 g/m2 sing dibebasake saben unit area adsorber ing suhu 150°C.
Lapisan seng sulfat sing diolah Eloxal uga diuji. Sacara makroskopis, lapisan kasebut minangka lapisan sing tipis banget lan seragam (Gambar 7a). Nanging, SEM nuduhake area permukaan sing ditutupi kristal cilik sing dipisahake dening area kosong (Gambar 7b). TGA lapisan lan substrat dibandhingake karo uyah murni (Gambar 7c). Uyah murni duwe siji puncak asimetris ing 59,1°C. Aluminium sing dilapisi nuduhake rong puncak cilik ing 55,5°C lan 61,3°C, sing nuduhake anané seng sulfat hidrat. Bentenane massa sing diungkapake ing eksperimen kasebut cocog karo 10,9 g/m2 ing suhu dehidrasi 150°C.
Kaya ing aplikasi sadurunge53, hidroksietil selulosa digunakake minangka pengikat kanggo ningkatake adhesi lan stabilitas lapisan sorben. Kompatibilitas bahan lan efek ing kinerja adsorpsi ditaksir dening TGA. Analisis kasebut ditindakake gegayutan karo massa total, yaiku sampel kalebu pelat logam sing digunakake minangka substrat lapisan. Adhesi diuji kanthi tes adhedhasar uji takik silang sing ditetepake ing spesifikasi ISO2409 (ora bisa memenuhi spesifikasi pamisahan takik gumantung saka kekandelan lan jembar spesifikasi).
Melapisi panel nganggo kalsium klorida (CaCl2) (deleng Gambar 8a) nyebabake distribusi sing ora rata, sing ora diamati ing lapisan aluminium murni sing digunakake kanggo uji takik transversal. Dibandhingake karo asil kanggo CaCl2 murni, TGA (Gambar 8b) nuduhake rong puncak karakteristik sing digeser menyang suhu sing luwih murah yaiku 40 lan 20°C. Uji penampang ora ngidini perbandingan objektif amarga sampel CaCl2 murni (sampel ing sisih tengen ing Gambar 8c) minangka endapan bubuk, sing mbusak partikel paling ndhuwur. Asil HEC nuduhake lapisan sing tipis banget lan seragam kanthi adhesi sing nyukupi. Bedane massa sing dituduhake ing gambar 8b cocog karo 51,3 g/m2 saben unit area adsorber ing suhu 150°C.
Asil positif babagan adhesi lan keseragaman uga dipikolehi nganggo magnesium sulfat (MgSO4) (waca Gambar 9). Analisis proses desorpsi lapisan nuduhake anané siji puncak kira-kira 60°C. Suhu iki cocog karo langkah desorpsi utama sing katon ing dehidrasi uyah murni, sing makili langkah liyane ing 44°C. Iki cocog karo transisi saka heksahidrat dadi pentahidrat lan ora diamati ing kasus lapisan nganggo pengikat. Tes penampang nuduhake distribusi lan adhesi sing luwih apik dibandhingake karo lapisan sing digawe nggunakake uyah murni. Bentenane massa sing diamati ing TGA-DTC cocog karo 18,4 g/m2 saben unit area adsorber ing suhu 150°C.
Amarga permukaan sing ora rata, strontium klorida (SrCl2) nduweni lapisan sing ora rata ing sirip (Gambar 10a). Nanging, asil saka uji takik transversal nuduhake distribusi sing seragam kanthi adhesi sing luwih apik (Gambar 10c). Analisis TGA nuduhake bedane bobot sing cilik banget, sing mesthine amarga kandungan uyah sing luwih murah dibandhingake karo substrat logam. Nanging, langkah-langkah ing kurva nuduhake anane proses dehidrasi, sanajan puncak kasebut ana gandhengane karo suhu sing dipikolehi nalika nggambarake uyah murni. Puncak ing 110°C lan 70,2°C sing diamati ing Gambar 10b uga ditemokake nalika nganalisis uyah murni. Nanging, langkah dehidrasi utama sing diamati ing uyah murni ing 50°C ora katon ing kurva nggunakake pengikat. Kosok baline, campuran pengikat nuduhake rong puncak ing 20,2°C lan 94,1°C, sing ora diukur kanggo uyah murni (Gambar 10b). Ing suhu 150 °C, prabédan massa sing diamati cocog karo 7,2 g/m2 saben unit area adsorber.
Kombinasi HEC lan seng sulfat (ZnSO4) ora menehi asil sing bisa ditampa (Gambar 11). Analisis TGA saka logam sing dilapisi ora nuduhake proses dehidrasi. Sanajan distribusi lan adhesi lapisan wis saya apik, sifat-sifate isih adoh saka optimal.
Cara paling gampang kanggo nglapisi serat logam nganggo lapisan tipis lan seragam yaiku impregnasi teles (Gambar 12a), sing kalebu nyiapake uyah target lan impregnasi serat logam nganggo larutan banyu.
Nalika nyiapake impregnasi teles, ana rong masalah utama sing ditemoni. Ing sisih siji, tegangan permukaan larutan garam nyegah penggabungan cairan sing bener menyang struktur keropos. Kristalisasi ing permukaan njaba (Gambar 12d) lan gelembung udara sing kejebak ing njero struktur (Gambar 12c) mung bisa dikurangi kanthi nyuda tegangan permukaan lan mbasahi sampel nganggo banyu suling. Pembubaran paksa ing sampel kanthi ngevakuasi udara ing njero utawa kanthi nggawe aliran larutan ing struktur minangka cara efektif liyane kanggo njamin pengisian struktur kanthi lengkap.
Masalah kapindho sing ditemoni nalika persiapan yaiku mbusak film saka bagean uyah (waca Gambar 12b). Fenomena iki ditondoi kanthi pembentukan lapisan garing ing permukaan pembubaran, sing mungkasi pangatusan sing distimulasi sacara konvektif lan miwiti proses sing distimulasi difusi. Mekanisme kapindho luwih alon tinimbang sing pertama. Akibate, suhu sing dhuwur dibutuhake kanggo wektu pangatusan sing cukup, sing nambah risiko gelembung sing kawangun ing njero sampel. Masalah iki dirampungake kanthi ngenalake metode kristalisasi alternatif sing adhedhasar ora owah-owahan konsentrasi (penguapan), nanging owah-owahan suhu (kaya ing conto karo MgSO4 ing Gambar 13).
Gambaran skematis saka proses kristalisasi sajrone pendinginan lan pamisahan fase padat lan cair nggunakake MgSO4.
Larutan uyah jenuh bisa digawe ing suhu ruangan (HT) utawa luwih dhuwur nganggo metode iki. Ing kasus pertama, kristalisasi dipeksa kanthi nurunake suhu ing ngisor suhu ruangan. Ing kasus kapindho, kristalisasi kedadeyan nalika sampel didinginkan nganti suhu ruangan (RT). Asilé yaiku campuran kristal (B) lan larut (A), sing bagean cairé diilangi nganggo udara sing dikompres. Pendekatan iki ora mung nyegah pembentukan film ing hidrat iki, nanging uga nyuda wektu sing dibutuhake kanggo nyiapake komposit liyane. Nanging, ngilangi cairan nganggo udara sing dikompres ndadékaké kristalisasi uyah tambahan, sing nyebabake lapisan sing luwih kandel.
Cara liya sing bisa digunakake kanggo nutupi permukaan logam yaiku produksi langsung uyah target liwat reaksi kimia. Penukar panas sing dilapisi sing digawe saka reaksi asam ing permukaan logam sirip lan tabung duwe sawetara kaluwihan, kaya sing dilapurake ing panliten sadurunge. Aplikasi metode iki kanggo serat nyebabake asil sing kurang apik amarga pembentukan gas sajrone reaksi. Tekanan gelembung gas hidrogen numpuk ing njero probe lan owah nalika produk kasebut metu (Gambar 14a).
Lapisan iki wis dimodifikasi liwat reaksi kimia kanggo ngontrol kekandelan lan distribusi lapisan kanthi luwih apik. Cara iki kalebu ngliwati aliran kabut asam liwat sampel (Gambar 14b). Iki diarepake bakal ngasilake lapisan sing seragam kanthi reaksi karo logam substrat. Asilé cukup memuaskan, nanging proses kasebut alon banget kanggo dianggep minangka cara sing efektif (Gambar 14c). Wektu reaksi sing luwih cendhek bisa digayuh kanthi pemanasan lokal.
Kanggo ngatasi kekurangan saka metode ing ndhuwur, metode pelapisan adhedhasar panggunaan perekat wis ditliti. HEC dipilih adhedhasar asil sing diwenehake ing bagean sadurunge. Kabeh sampel disiapake kanthi 3% wt. Bahan pengikat dicampur karo uyah. Serat kasebut diolah sadurunge miturut prosedur sing padha karo iga, yaiku direndhem ing 50% vol. sajrone 15 menit. asam sulfat, banjur direndhem ing natrium hidroksida sajrone 20 detik, dikumbah ing banyu suling lan pungkasane direndhem ing banyu suling sajrone 30 menit. Ing kasus iki, langkah tambahan ditambahake sadurunge impregnasi. Celupake sampel kanthi sedhela ing larutan uyah target encer lan garingake ing suhu kira-kira 60°C. Proses iki dirancang kanggo ngowahi permukaan logam, nggawe situs nukleasi sing nambah distribusi lapisan ing tahap pungkasan. Struktur berserat duwe siji sisih ing ngendi filamen luwih tipis lan rapet, lan sisih ngelawan ing ngendi filamen luwih kandel lan kurang disebar. Iki minangka asil saka 52 proses manufaktur.
Asil kanggo kalsium klorida (CaCl2) dirangkum lan diilustrasikake nganggo gambar ing Tabel 1. Jangkoan apik sawise inokulasi. Sanajan untaian sing ora ana kristal sing katon ing permukaan duwe pantulan logam sing suda, nuduhake owah-owahan ing finish. Nanging, sawise sampel diresapi karo campuran banyu CaCl2 lan HEC lan dikeringake ing suhu udakara 60°C, lapisan kasebut dikonsentrasi ing persimpangan struktur. Iki minangka efek sing disebabake dening tegangan permukaan larutan. Sawise direndhem, cairan tetep ana ing njero sampel amarga tegangan permukaane. Sejatine kedadeyan ing persimpangan struktur. Sisih paling apik saka spesimen duwe sawetara bolongan sing diisi uyah. Bobot tambah 0,06 g/cm3 sawise dilapisi.
Pelapisan nganggo magnesium sulfat (MgSO4) ngasilake luwih akeh uyah saben unit volume (Tabel 2). Ing kasus iki, kenaikan sing diukur yaiku 0,09 g/cm3. Proses penyemaian nyebabake jangkoan sampel sing ekstensif. Sawise proses pelapisan, uyah mblokir area sing amba ing sisih tipis sampel. Kajaba iku, sawetara area matte diblokir, nanging sawetara porositas tetep ditahan. Ing kasus iki, pembentukan uyah gampang diamati ing persimpangan struktur, sing ngonfirmasi manawa proses pelapisan utamane amarga tegangan permukaan cairan, lan dudu interaksi antarane uyah lan substrat logam.
Asil kanggo kombinasi strontium klorida (SrCl2) lan HEC nuduhake sipat sing padha karo conto sadurunge (Tabel 3). Ing kasus iki, sisih sampel sing luwih tipis meh ketutup kabeh. Mung pori-pori individu sing katon, sing kawangun nalika pangatusan minangka asil saka pelepasan uap saka sampel. Pola sing diamati ing sisih matte meh padha karo kasus sadurunge, area kasebut diblokir dening uyah lan serat ora ketutup kabeh.
Kanggo ngevaluasi efek positif saka struktur berserat marang kinerja termal penukar panas, konduktivitas termal efektif saka struktur berserat sing dilapisi ditemtokake lan dibandhingake karo bahan pelapis murni. Konduktivitas termal diukur miturut ASTM D 5470-2017 nggunakake piranti panel datar sing dituduhake ing Gambar 15a nggunakake bahan referensi kanthi konduktivitas termal sing dikenal. Dibandhingake karo metode pangukuran transien liyane, prinsip iki migunani kanggo bahan berpori sing digunakake ing panliten saiki, amarga pangukuran ditindakake ing kahanan ajeg lan kanthi ukuran sampel sing cukup (area dasar 30 × 30 mm2, dhuwure kira-kira 15 mm). Sampel saka bahan pelapis murni (referensi) lan struktur serat sing dilapisi disiapake kanggo pangukuran ing arah serat lan tegak lurus karo arah serat kanggo ngevaluasi efek konduktivitas termal anisotropik. Spesimen kasebut digiling ing permukaan (grit P320) kanggo nyuda efek kekasaran permukaan amarga persiapan spesimen, sing ora nggambarake struktur ing njero spesimen.