Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojama naršyklės versija turi ribotą CSS palaikymą.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Tuo tarpu norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę pateiksime be stilių ir „JavaScript“.
Adsorbcinių šaldymo sistemų ir šilumos siurblių rinkos dalis vis dar yra palyginti nedidelė, palyginti su tradicinėmis kompresorinėmis sistemomis.Nepaisant didžiulio pigios šilumos naudojimo pranašumo (vietoj brangių elektros darbų), adsorbcijos principais pagrįstų sistemų diegimas vis dar apsiriboja keletu konkrečių pritaikymų.Pagrindinis trūkumas, kurį reikia pašalinti, yra specifinės galios sumažėjimas dėl mažo šilumos laidumo ir mažo adsorbento stabilumo.Šiuolaikinės komercinės adsorbcinės šaldymo sistemos yra pagrįstos adsorberiais, kurių pagrindą sudaro plokšteliniai šilumokaičiai, padengti siekiant optimizuoti aušinimo pajėgumą.Rezultatai yra gerai žinomi, kad sumažinus dangos storį sumažėja masės perdavimo varža, o padidinus laidžiųjų konstrukcijų paviršiaus ploto ir tūrio santykį, galia didėja nepakenkiant efektyvumui.Šiame darbe naudojami metalo pluoštai gali užtikrinti 2500–50 000 m2/m3 specifinį paviršiaus plotą.Trys būdai, kaip gauti labai plonas, bet stabilias druskos hidratų dangas ant metalinių paviršių, įskaitant metalo pluoštus, dangoms gaminti, pirmą kartą demonstruoja didelio galingumo tankio šilumokaitį.Paviršiaus apdorojimas, pagrįstas aliuminio anodavimu, pasirenkamas siekiant sukurti stipresnį ryšį tarp dangos ir pagrindo.Gauto paviršiaus mikrostruktūra buvo ištirta naudojant skenuojančią elektroninę mikroskopiją.Sumažintas bendras atspindys Norint patikrinti, ar tyrime yra norimų rūšių, buvo naudojama Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektroskopija ir energijos dispersinė rentgeno spektroskopija.Jų gebėjimas sudaryti hidratus buvo patvirtintas kombinuota termogravimetrine analize (TGA) / diferencine termogravimetrine analize (DTG).MgSO4 dangoje buvo rasta prastos kokybės virš 0,07 g (vandens)/g (kompozito), o esant maždaug 60 °C temperatūrai buvo dehidratacijos požymių ir atkuriama po rehidratacijos.Teigiami rezultatai taip pat gauti naudojant SrCl2 ir ZnSO4, kurių masės skirtumas buvo apie 0,02 g/g žemesnėje nei 100 °C temperatūroje.Hidroksietilceliuliozė buvo pasirinkta kaip priedas, padidinantis dangos stabilumą ir sukibimą.Produktų adsorbcinės savybės buvo įvertintos vienu metu TGA-DTG, o jų sukibimas apibūdinamas metodu, pagrįstu ISO2409 aprašytais bandymais.CaCl2 dangos konsistencija ir sukibimas žymiai pagerėja, išlaikant jos adsorbcijos gebą, kai svorio skirtumas yra apie 0,1 g/g žemesnėje nei 100 °C temperatūroje.Be to, MgSO4 išlaiko gebėjimą sudaryti hidratus, kurių masės skirtumas yra didesnis nei 0,04 g/g žemesnėje nei 100 °C temperatūroje.Galiausiai tiriami padengti metalo pluoštai.Rezultatai rodo, kad pluošto struktūros, padengtos Al2(SO4)3, efektyvusis šilumos laidumas gali būti 4,7 karto didesnis lyginant su gryno Al2(SO4)3 tūriu.Tirtų dangų danga buvo ištirta vizualiai, o vidinė struktūra įvertinta naudojant mikroskopinį skerspjūvių vaizdą.Buvo gauta apie 50 µm storio Al2(SO4)3 danga, tačiau visas procesas turi būti optimizuotas, kad būtų pasiektas tolygesnis pasiskirstymas.
Per pastaruosius kelis dešimtmečius adsorbcinės sistemos sulaukė daug dėmesio, nes yra ekologiška alternatyva tradiciniams kompresiniams šilumos siurbliams ar šaldymo sistemoms.Kylant komforto standartams ir pasaulinei vidutinei temperatūrai, adsorbcijos sistemos artimiausiu metu gali sumažinti priklausomybę nuo iškastinio kuro.Be to, bet kokie adsorbcinio šaldymo ar šilumos siurblių patobulinimai gali būti perkelti į šiluminės energijos kaupimą, o tai papildomai padidina efektyvaus pirminės energijos panaudojimo galimybes.Pagrindinis adsorbcinių šilumos siurblių ir šaldymo sistemų privalumas yra tas, kad jie gali dirbti su maža šilumos mase.Dėl to jie tinka žemos temperatūros šaltiniams, tokiems kaip saulės energija arba atliekinė šiluma.Kalbant apie energijos kaupimo taikymą, adsorbcija turi didesnį energijos tankį ir mažesnį energijos išsklaidymo pranašumą, palyginti su jautriu arba latentiniu šilumos kaupimu.
Adsorbciniai šilumos siurbliai ir šaldymo sistemos laikosi to paties termodinaminio ciklo kaip ir jų garų suspaudimo analogai.Pagrindinis skirtumas yra kompresoriaus komponentų pakeitimas adsorberiais.Elementas gali adsorbuoti žemo slėgio šaltnešio garus esant vidutinei temperatūrai, išgarindamas daugiau šaltnešio net tada, kai skystis yra šaltas.Būtina užtikrinti nuolatinį adsorberio aušinimą, kad būtų išvengta adsorbcijos entalpijos (egzotermo).Adsorberis regeneruojamas aukštoje temperatūroje, todėl aušalo garai desorbuojasi.Šildymas turi ir toliau užtikrinti desorbcijos entalpiją (endoterminę).Kadangi adsorbcijos procesams būdingi temperatūros pokyčiai, didelis galios tankis reikalauja didelio šilumos laidumo.Tačiau mažas šilumos laidumas yra pagrindinis daugelio programų trūkumas.
Pagrindinė laidumo problema yra padidinti jo vidutinę vertę, išlaikant transportavimo kelią, užtikrinantį adsorbcijos / desorbcijos garų srautą.Tam pasiekti dažniausiai naudojami du būdai: sudėtiniai šilumokaičiai ir padengti šilumokaičiai.Populiariausios ir sėkmingiausios kompozicinės medžiagos yra tos, kuriose naudojami anglies pagrindu pagaminti priedai, būtent išplėstas grafitas, aktyvuota anglis arba anglies pluoštai.Oliveira ir kt.2 impregnuoti išplėsto grafito milteliai su kalcio chloridu, kad būtų pagamintas adsorberis, kurio savitasis aušinimo pajėgumas (SCP) yra iki 306 W/kg ir našumo koeficientas (COP) iki 0,46.Zajaczkowski ir kt.3 pasiūlytas išplėsto grafito, anglies pluošto ir kalcio chlorido derinys, kurio bendras laidumas yra 15 W/mK.Jian ir kt.4 išbandė kompozitus su sieros rūgštimi apdorotu išplėstu natūraliu grafitu (ENG-TSA) kaip substratą dviejų pakopų adsorbcijos aušinimo cikle.Modelis prognozavo COP nuo 0,215 iki 0,285 ir SCP nuo 161,4 iki 260,74 W/kg.
Pats perspektyviausias sprendimas yra padengtas šilumokaitis.Šių šilumokaičių dengimo mechanizmus galima suskirstyti į dvi kategorijas: tiesioginės sintezės ir klijų.Sėkmingiausias būdas yra tiesioginė sintezė, kurios metu iš atitinkamų reagentų tiesiogiai ant šilumokaičių paviršiaus susidaro adsorbuojančios medžiagos.„Sotech5“ užpatentavo padengto ceolito sintezės metodą, skirtą naudoti Fahrenheit GmbH gaminamų aušintuvų serijoje.Schnabel ir kiti6 išbandė dviejų ceolitų, padengtų nerūdijančiu plienu, veikimą.Tačiau šis metodas veikia tik su specifiniais adsorbentais, todėl dengimas klijais yra įdomi alternatyva.Rišikliai yra pasyvios medžiagos, parinktos palaikyti sorbento sukibimą ir (arba) masės pernešimą, tačiau jos nedaro jokios įtakos adsorbcijai ar laidumo didinimui.Freni ir kt.7 padengti aliuminio šilumokaičiai su AQSOA-Z02 ceolitu, stabilizuotu molio pagrindu pagamintu rišikliu.Calabrese ir kt.8 tyrė ceolitinių dangų su polimeriniais rišikliais paruošimą.Ammann ir kt.9 pasiūlė akytų ceolito dangų paruošimo iš polivinilo alkoholio magnetinių mišinių metodą.Aliuminio oksidas (aliuminio oksidas) taip pat naudojamas kaip rišiklis 10 adsorberyje.Mūsų žiniomis, celiuliozė ir hidroksietilceliuliozė naudojamos tik kartu su fiziniais adsorbentais11,12.Kartais klijai nenaudojami dažams, o naudojami statant 13 konstrukciją savarankiškai.Alginato polimerų matricų ir kelių druskų hidratų derinys sudaro lanksčias sudėtines granulių struktūras, kurios neleidžia nutekėti džiovinimo metu ir užtikrina tinkamą masės perdavimą.Moliai, tokie kaip bentonitas ir atapulgitas, buvo naudojami kaip rišikliai ruošiant kompozitus15, 16, 17.Etilceliuliozė buvo naudojama kalcio chloridui18 arba natrio sulfidui19 mikrokapsuliuoti.
Porėtos metalinės struktūros kompozitai gali būti skirstomi į priedinius šilumokaičius ir dengtus šilumokaičius.Šių konstrukcijų pranašumas yra didelis specifinis paviršiaus plotas.Dėl to susidaro didesnis kontaktinis paviršius tarp adsorbento ir metalo, nepridedant inertinės masės, o tai sumažina bendrą šaldymo ciklo efektyvumą.Lang ir kt.20 pagerino bendrą ceolito adsorberio su aliuminio korio struktūra laidumą.Gillerminot ir kt.21 pagerino NaX ceolito sluoksnių šilumos laidumą vario ir nikelio putomis.Nors kompozitai naudojami kaip fazių keitimo medžiagos (PCM), Li ir kt.22 ir Zhao et al.23 taip pat domina chemosorbciją.Jie palygino išplėsto grafito ir metalo putplasčio veikimą ir padarė išvadą, kad pastarasis yra geresnis tik tuo atveju, jei korozija nėra problema.Palomba ir kt.neseniai palygino kitas metalines akytas struktūras24.Van der Pal ir kt.ištyrė metalų druskas, įterptas į putas 25 .Visi ankstesni pavyzdžiai atitinka tankius kietųjų dalelių adsorbentų sluoksnius.Metalinės porėtos konstrukcijos praktiškai nenaudojamos adsorberiams padengti, o tai yra optimalesnis sprendimas.Prisijungimo prie ceolitų pavyzdį galima rasti Wittstadt ir kt.26, tačiau nebuvo bandoma surišti druskos hidratų, nepaisant didesnio jų energijos tankio 27 .
Taigi šiame straipsnyje bus nagrinėjami trys adsorbuojančių dangų paruošimo būdai: (1) dengimas rišikliu, (2) tiesioginė reakcija ir (3) paviršiaus apdorojimas.Hidroksietilceliuliozė buvo pasirinktas rišiklis šiame darbe dėl anksčiau pranešto stabilumo ir gero dangos sukibimo kartu su fiziniais adsorbentais.Šis metodas iš pradžių buvo tiriamas plokščioms dangoms, o vėliau pritaikytas metalo pluošto konstrukcijoms.Anksčiau buvo atlikta preliminari cheminių reakcijų galimybės susidaryti adsorbuojančioms dangoms analizė.Ankstesnė patirtis dabar perkeliama į metalo pluošto konstrukcijų dengimą.Šiam darbui pasirinktas paviršiaus apdorojimas yra aliuminio anodavimo metodas.Aliuminio anodavimas estetiniais tikslais sėkmingai derinamas su metalų druskomis29.Tokiais atvejais galima gauti labai stabilias ir korozijai atsparias dangas.Tačiau jie negali atlikti jokio adsorbcijos ar desorbcijos proceso.Šiame dokumente pateikiamas šio metodo variantas, leidžiantis perkelti masę naudojant pradinio proceso lipnias savybes.Kiek mums yra žinoma, nė vienas iš čia aprašytų metodų anksčiau nebuvo ištirtas.Jie yra labai įdomi nauja technologija, nes leidžia formuoti hidratuotas adsorbentas dangas, kurios turi nemažai pranašumų, palyginti su dažnai tiriamais fiziniais adsorbentais.
Antspauduotas aliuminio plokštes, naudojamas kaip substratas šiems eksperimentams, pateikė ALINVEST Břidličná, Čekija.Juose yra 98,11% aliuminio, 1,3622% geležies, 0,3618% mangano ir vario, magnio, silicio, titano, cinko, chromo ir nikelio pėdsakų.
Kompozitų gamybai pasirinktos medžiagos parenkamos pagal jų termodinamines savybes, ty priklausomai nuo vandens kiekio, kurį jos gali adsorbuoti/desorbuoti žemesnėje nei 120°C temperatūroje.
Magnio sulfatas (MgSO4) yra viena įdomiausių ir ištirtų hidratuotų druskų30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Termodinaminės savybės buvo sistemingai išmatuotos ir nustatyta, kad jos yra tinkamos naudoti adsorbcinio šaldymo, šilumos siurblių ir energijos kaupimo srityse.Naudotas sausas magnio sulfatas CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Vokietija).
Kalcio chloridas (CaCl2) (H319) yra dar viena gerai ištirta druska, nes jos hidratas turi įdomių termodinaminių savybių41,42,43,44.Kalcio chlorido heksahidratas CAS Nr.7774-34-7 97% naudota (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Vokietija).
Cinko sulfatas (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) ir jo hidratai turi termodinamines savybes, tinkamas žemos temperatūros adsorbcijos procesams45,46.Naudotas cinko sulfato heptahidratas CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Vokietija).
Stroncio chloridas (SrCl2) (H318) taip pat turi įdomių termodinaminių savybių4,45,47, nors dažnai derinamas su amoniaku adsorbcinio šilumos siurblio ar energijos kaupimo tyrimuose.Sintezei naudotas stroncio chlorido heksahidratas CAS-Nr.10.476-85-4 99.0-102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, JAV).
Vario sulfatas (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) nėra tarp hidratų, dažnai aptinkamų profesinėje literatūroje, nors jo termodinaminės savybės yra svarbios naudojant žemoje temperatūroje48,49.Sintezei naudotas vario sulfatas CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, JAV).
Magnio chloridas (MgCl2) yra viena iš hidratuotų druskų, kuriai pastaruoju metu skiriama daugiau dėmesio šiluminės energijos kaupimo srityje50,51.Eksperimentams buvo naudojamas magnio chlorido heksahidratas CAS-Nr.7791-18-6 (Applichem GmbH., Darmštatas, Vokietija).
Kaip minėta aukščiau, hidroksietilceliuliozė buvo pasirinkta dėl teigiamų rezultatų panašiose srityse.Mūsų sintezei naudojama medžiaga yra hidroksietilceliuliozė CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, JAV).
Metalo pluoštai gaminami iš trumpų vielų, sujungtų suspaudimo ir sukepinimo būdu. Šis procesas žinomas kaip tiglio lydalo ekstrakcija (CME)52.Tai reiškia, kad jų šilumos laidumas priklauso ne tik nuo gamyboje naudojamų metalų tūrinio laidumo ir galutinės konstrukcijos poringumo, bet ir nuo ryšių tarp siūlų kokybės.Pluoštai nėra izotropiniai ir gamybos metu linkę pasiskirstyti tam tikra kryptimi, todėl šilumos laidumas skersine kryptimi yra daug mažesnis.
Vandens sugėrimo savybės buvo tiriamos naudojant vienalaikę termogravimetrinę analizę (TGA) / diferencinę termogravimetrinę analizę (DTG) vakuuminėje pakuotėje (Netzsch TG 209 F1 Libra).Matavimai buvo atlikti tekančioje azoto atmosferoje esant 10 ml/min srauto greičiui ir temperatūros diapazonui nuo 25 iki 150°C aliuminio oksido tigliuose.Kaitinimo greitis buvo 1 °C/min., mėginio masė svyravo nuo 10 iki 20 mg, skiriamoji geba – 0,1 μg.Šiame darbe reikia pažymėti, kad masės skirtumas paviršiaus vienetui turi didelę neapibrėžtį.TGA-DTG naudojami mėginiai yra labai maži ir netaisyklingai supjaustyti, todėl jų plotas nustatomas netiksliai.Šias vertes galima ekstrapoliuoti į didesnį plotą, jei atsižvelgiama į didelius nuokrypius.
Susilpninto viso atspindžio Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių (ATR-FTIR) spektrai buvo gauti naudojant Bruker Vertex 80 v FTIR spektrometrą (Bruker Optik GmbH, Leipcigas, Vokietija), naudojant ATR platinos priedą (Bruker Optik GmbH, Vokietija).Grynų sausų deimantų kristalų spektrai buvo išmatuoti tiesiai vakuume, prieš naudojant mėginius kaip eksperimentinių matavimų foną.Mėginiai buvo matuojami vakuume, naudojant 2 cm-1 spektrinę skiriamąją gebą ir vidutinį nuskaitymų skaičių 32. Bangų skaičius svyruoja nuo 8000 iki 500 cm-1.Spektrinė analizė atlikta naudojant OPUS programą.
SEM analizė buvo atlikta naudojant Zeiss DSM 982 Gemini esant 2 ir 5 kV greitinimui.Energijos dispersinė rentgeno spektroskopija (EDX) buvo atlikta naudojant Thermo Fischer System 7 su Peltier aušinamu silicio dreifo detektoriumi (SSD).
Metalinės plokštės buvo paruoštos pagal procedūrą, panašią į aprašytą 53 punkte. Pirmiausia plokštę panardinkite į 50% sieros rūgštį.15 minučių.Tada jie buvo įpilti į 1 M natrio hidroksido tirpalą maždaug 10 sekundžių.Tada mėginiai buvo plaunami dideliu kiekiu distiliuoto vandens ir mirkomi distiliuotame vandenyje 30 minučių.Po išankstinio paviršiaus apdorojimo mėginiai buvo panardinti į 3% prisotintą tirpalą.HEC ir tikslinė druska.Galiausiai juos išimkite ir išdžiovinkite 60°C temperatūroje.
Anodavimo metodas sustiprina ir sustiprina natūralų oksido sluoksnį ant pasyvaus metalo.Aliuminio plokštės buvo anoduotos sieros rūgštimi sukietėjusioje būsenoje, o po to uždarytos karštame vandenyje.Anodavimas po pradinio ėsdinimo 1 mol/l NaOH (600 s), po to neutralizavimas 1 mol/l HNO3 (60 s).Elektrolito tirpalas yra 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 ir 1 M MgSO4 + 7H2O mišinys.Anodavimas buvo atliktas (40 ± 1) °C temperatūroje, 30 mA/cm2 1200 sekundžių.Sandarinimo procesas buvo atliktas įvairiuose sūrymo tirpaluose, kaip aprašyta medžiagose (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).Mėginys jame verdamas 1800 sekundžių.
Ištirti trys skirtingi kompozitų gamybos būdai: klijavimas, tiesioginė reakcija ir paviršiaus apdorojimas.Sistemingai analizuojami ir aptariami kiekvieno mokymo metodo privalumai ir trūkumai.Rezultatams įvertinti buvo naudojamas tiesioginis stebėjimas, nanovaizdavimas ir cheminė/elementinė analizė.
Anodavimas buvo pasirinktas kaip konversijos paviršiaus apdorojimo metodas, siekiant padidinti druskos hidratų sukibimą.Šis paviršiaus apdorojimas sukuria porėtą aliuminio oksido (aliuminio oksido) struktūrą tiesiai ant aliuminio paviršiaus.Tradiciškai šis metodas susideda iš dviejų etapų: pirmajame etape sukuriama porėta aliuminio oksido struktūra, o antruoju – aliuminio hidroksido danga, kuri uždaro poras.Toliau pateikiami du druskos blokavimo būdai neužblokuojant prieigos prie dujų fazės.Pirmąją sudaro korio sistema, naudojant mažus aliuminio oksido (Al2O3) vamzdelius, gautus pirmajame etape, kad sulaikytų adsorbento kristalus ir padidintų jų sukibimą su metaliniais paviršiais.Gautų korių skersmuo yra apie 50 nm, o ilgis - 200 nm (1a pav.).Kaip minėta anksčiau, šios ertmės paprastai uždaromos antruoju etapu plonu Al2O (OH) 2 boehmito sluoksniu, palaikomu aliuminio oksido vamzdžio virimo procesu.Antruoju būdu šis sandarinimo procesas modifikuojamas taip, kad druskos kristalai sugaunami į vienodai dengiantį boehmito (Al2O(OH)) sluoksnį, kuris šiuo atveju sandarinimui nenaudojamas.Antrasis etapas atliekamas prisotintame atitinkamos druskos tirpale.Aprašytų raštų dydžiai yra 50–100 nm diapazone ir atrodo kaip aptaškyti lašai (1b pav.).Sandarinimo proceso metu gautas paviršius turi ryškią erdvinę struktūrą su padidintu kontaktiniu plotu.Šis paviršiaus raštas kartu su daugybe surišimo konfigūracijų idealiai tinka nešioti ir laikyti druskos kristalus.Abi aprašytos struktūros atrodo tikrai porėtos ir turi mažas ertmes, kurios, atrodo, puikiai tinka išlaikyti druskos hidratus ir adsorbuoti garus į druską veikiant adsorberiui.Tačiau šių paviršių elementinė analizė naudojant EDX gali aptikti magnio ir sieros pėdsakus boehmito paviršiuje, kurie neaptinkami aliuminio oksido paviršiaus atveju.
Mėginio ATR-FTIR patvirtino, kad elementas buvo magnio sulfatas (žr. 2b pav.).Spektras rodo būdingas sulfato jonų smailes ties 610–680 ir 1080–1130 cm–1, o būdingas gardelės vandens smailes – 1600–1700 cm–1 ir 3200–3800 cm–1 (žr. 2a, c pav.).).Magnio jonų buvimas spektro beveik nekeičia54.
(a) böömitu dengtos MgSO4 aliuminio plokštės EDX, (b) boehmito ir MgSO4 dangų ATR-FTIR spektrai, (c) gryno MgSO4 ATR-FTIR spektrai.
Adsorbcijos efektyvumo palaikymą patvirtino TGA.Ant pav.3b parodyta apytiksliai desorbcijos smailė.60°C.Ši smailė neatitinka dviejų smailių, stebimų grynos druskos TGA, temperatūros (3a pav.).Įvertintas adsorbcijos – desorbcijos ciklo pakartojamumas, ta pati kreivė buvo stebima ir patalpinus mėginius į drėgną atmosferą (3c pav.).Antrajame desorbcijos etape pastebėti skirtumai gali būti dehidratacijos tekančioje atmosferoje rezultatas, nes tai dažnai sukelia nepilną dehidrataciją.Šios vertės atitinka maždaug 17,9 g/m2 pirmojo vandens nusausinimo metu ir 10,3 g/m2 antrojo vandens nusausinimo metu.
Boehmito ir MgSO4 TGA analizės palyginimas: gryno MgSO4 (a), mišinio (b) ir po rehidratacijos (c) TGA analizė.
Tas pats metodas buvo atliktas naudojant kalcio chloridą kaip adsorbentą.Rezultatai pateikti 4 paveiksle. Vizualinis paviršiaus patikrinimas atskleidė nedidelius metalo švytėjimo pokyčius.Kailis vos matomas.SEM patvirtino, kad paviršiuje yra tolygiai paskirstytų mažų kristalų.Tačiau TGA neparodė dehidratacijos žemiau 150 °C.Taip gali būti dėl to, kad druskos dalis yra per maža, palyginti su bendra substrato mase, kad būtų galima aptikti TGA.
Vario sulfato dangos paviršiaus apdorojimo anodavimo metodu rezultatai parodyti fig.5. Šiuo atveju lauktas CuSO4 įsijungimas į Al oksido struktūrą neįvyko.Vietoj to pastebimos palaidos adatos, nes jos dažniausiai naudojamos vario hidroksidui Cu(OH)2, naudojamam su tipiniais turkio dažais.
Anoduoto paviršiaus apdorojimas taip pat buvo išbandytas kartu su stroncio chloridu.Rezultatai parodė netolygią aprėptį (žr. 6a pav.).Norint nustatyti, ar druska padengė visą paviršių, buvo atlikta EDX analizė.Pilkoje srityje esančio taško kreivė (6b pav. 1 taškas) rodo mažai stroncio ir daug aliuminio.Tai rodo mažą stroncio kiekį išmatuotoje zonoje, o tai savo ruožtu rodo mažą stroncio chlorido aprėptį.Atvirkščiai, baltose srityse yra daug stroncio ir mažai aliuminio (2–6 taškai 6b pav.).Baltos srities EDX analizė rodo tamsesnius taškus (6b pav. 2 ir 4 taškai), kuriuose yra mažai chloro ir daug sieros.Tai gali reikšti stroncio sulfato susidarymą.Ryškesni taškai atspindi didelį chloro kiekį ir mažą sieros kiekį (3, 5 ir 6 taškai 6b pav.).Tai galima paaiškinti tuo, kad pagrindinę baltos dangos dalį sudaro laukiamas stroncio chloridas.Mėginio TGA patvirtino analizės interpretaciją su smaile esant būdingai gryno stroncio chlorido temperatūrai (6c pav.).Jų mažą vertę galima pateisinti maža druskos dalimi, palyginti su metalinės atramos mase.Eksperimentuose nustatyta desorbcijos masė atitinka 7,3 g/m2 kiekį, išsiskiriantį adsorberio ploto vienetui esant 150°C temperatūrai.
Taip pat buvo išbandytos eloksaliu apdorotos cinko sulfato dangos.Makroskopiškai danga yra labai plonas ir vienodas sluoksnis (7a pav.).Tačiau SEM atskleidė paviršiaus plotą, padengtą mažais kristalais, atskirtais tuščiais plotais (7b pav.).Dangos ir pagrindo TGA buvo lyginamas su grynos druskos TGA (7c pav.).Gryna druska turi vieną asimetrinę smailę esant 59,1 °C.Dengtas aliuminis parodė dvi mažas smailes 55,5 ° C ir 61, 3 ° C temperatūroje, o tai rodo, kad yra cinko sulfato hidrato.Eksperimento metu atskleistas masės skirtumas atitinka 10,9 g/m2 esant 150°C dehidratacijos temperatūrai.
Kaip ir ankstesnėje paraiškoje53, hidroksietilceliuliozė buvo naudojama kaip rišiklis, siekiant pagerinti sorbento dangos sukibimą ir stabilumą.Medžiagų suderinamumas ir poveikis adsorbcijos veikimui buvo įvertintas TGA.Analizė atliekama atsižvelgiant į bendrą masę, ty mėginyje yra metalinė plokštė, naudojama kaip dangos pagrindas.Sukibimas tikrinamas bandymu, pagrįstu skersinio įpjovos bandymu, apibrėžtu ISO2409 specifikacijoje (negali atitikti įpjovos atskyrimo specifikacijos, priklausomai nuo specifikacijos storio ir pločio).
Padengus plokštes kalcio chloridu (CaCl2) (žr. 8a pav.), pasiskirstymas buvo netolygus, o tai nebuvo pastebėta atliekant skersinio įpjovos bandymą naudotą gryno aliuminio dangą.Palyginti su gryno CaCl2 rezultatais, TGA (8b pav.) rodo dvi būdingas smailes, pasislinkusias atitinkamai į žemesnę 40 ir 20 °C temperatūrą.Skerspjūvio bandymas neleidžia objektyviai palyginti, nes grynas CaCl2 mėginys (8c pav. dešinėje) yra miltelių pavidalo nuosėdos, pašalinančios viršutines daleles.HEC rezultatai parodė labai ploną ir vienodą dangą su patenkinamu sukibimu.Masės skirtumas, parodytas fig.8b atitinka 51,3 g/m2 adsorberio ploto vienetui esant 150°C temperatūrai.
Teigiami sukibimo ir vienodumo rezultatai taip pat gauti naudojant magnio sulfatą (MgSO4) (žr. 9 pav.).Dangos desorbcijos proceso analizė parodė, kad viena smailė yra apytiksliai.60°C.Ši temperatūra atitinka pagrindinį desorbcijos etapą, matomą dehidratuojant grynas druskas, o tai reiškia kitą etapą esant 44 °C.Jis atitinka perėjimą nuo heksahidrato prie pentahidrato ir nėra stebimas dangų su rišikliais atveju.Skerspjūvio bandymai rodo geresnį pasiskirstymą ir sukibimą, palyginti su dangomis, pagamintomis naudojant gryną druską.Masės skirtumas, pastebėtas TGA-DTC, atitinka 18,4 g/m2 adsorberio ploto vienetui esant 150°C temperatūrai.
Dėl paviršiaus nelygumų stroncio chloridas (SrCl2) turi netolygią dangą ant pelekų (10a pav.).Tačiau skersinio įpjovos bandymo rezultatai parodė tolygų pasiskirstymą ir žymiai pagerintą sukibimą (10c pav.).TGA analizė parodė labai nedidelį svorio skirtumą, kuris turi būti dėl mažesnio druskos kiekio, palyginti su metaliniu pagrindu.Tačiau kreivės žingsniai rodo dehidratacijos procesą, nors smailė yra susijusi su temperatūra, gauta apibūdinant gryną druską.Smailės esant 110 °C ir 70,2 °C, pastebėtos Fig.10b taip pat buvo rasta analizuojant gryną druską.Tačiau pagrindinis dehidratacijos etapas, pastebėtas grynoje druskoje 50 ° C temperatūroje, neatsispindėjo kreivėse naudojant rišiklį.Priešingai, rišiklio mišinys parodė dvi smailes esant 20,2 °C ir 94,1 °C, kurios nebuvo išmatuotos grynai druskai (10b pav.).Esant 150 °C temperatūrai, stebimas masės skirtumas atitinka 7,2 g/m2 adsorberio ploto vienetui.
HEC ir cinko sulfato (ZnSO4) derinys nedavė priimtinų rezultatų (11 pav.).Dengto metalo TGA analizė neatskleidė jokių dehidratacijos procesų.Nors dangos pasiskirstymas ir sukibimas pagerėjo, jos savybės vis dar toli gražu nėra optimalios.
Paprasčiausias būdas padengti metalo pluoštus plonu ir vienodu sluoksniu yra šlapias impregnavimas (12a pav.), kuris apima tikslinės druskos paruošimą ir metalo pluoštų impregnavimą vandeniniu tirpalu.
Ruošiantis šlapiam impregnavimui, susiduriama su dviem pagrindinėmis problemomis.Viena vertus, fiziologinio tirpalo paviršiaus įtempimas neleidžia skysčiui tinkamai įsiskverbti į porėtą struktūrą.Išorinio paviršiaus kristalizaciją (12d pav.) ir oro burbuliukus, įstrigusius konstrukcijos viduje (12c pav.), galima sumažinti tik sumažinus paviršiaus įtempimą ir iš anksto sudrėkinus mėginį distiliuotu vandeniu.Priverstinis tirpinimas mėginyje pašalinant orą konstrukcijoje arba sukuriant tirpalo srautą konstrukcijoje yra kiti veiksmingi būdai užtikrinti visišką konstrukcijos užpildymą.
Antroji ruošimo metu iškilusi problema buvo plėvelės pašalinimas iš dalies druskos (žr. 12b pav.).Šis reiškinys pasižymi sausos dangos susidarymu ant tirpimo paviršiaus, kuris sustabdo konvekciniu būdu skatinamą džiūvimą ir pradeda difuzijos skatinamą procesą.Antrasis mechanizmas yra daug lėtesnis nei pirmasis.Dėl to pagrįstą džiovinimo laiką reikalinga aukšta temperatūra, o tai padidina burbuliukų susidarymo mėginio viduje riziką.Ši problema išspręsta įvedant alternatyvų kristalizacijos metodą, pagrįstą ne koncentracijos pokyčiu (garavimu), o temperatūros pokyčiu (kaip pavyzdyje su MgSO4 13 pav.).
Scheminis kristalizacijos proceso vaizdavimas aušinant ir atskiriant kietąsias ir skystąsias fazes naudojant MgSO4.
Šiuo metodu sočiųjų druskų tirpalai gali būti ruošiami kambario temperatūroje (HT) arba aukštesnėje temperatūroje.Pirmuoju atveju kristalizacija buvo priversta sumažinus temperatūrą žemiau kambario temperatūros.Antruoju atveju kristalizacija įvyko, kai mėginys buvo atvėsintas iki kambario temperatūros (RT).Gaunamas kristalų (B) ir ištirpusio (A) mišinys, kurio skystoji dalis pašalinama suslėgtu oru.Taikant šį metodą, ne tik išvengiama plėvelės susidarymo ant šių hidratų, bet ir sutrumpėja laikas, reikalingas kitų kompozitų paruošimui.Tačiau, pašalinus skystį suslėgtu oru, druska papildomai kristalizuojasi, todėl susidaro storesnė danga.
Kitas metodas, kurį galima naudoti metaliniams paviršiams padengti, apima tiesioginę tikslinių druskų gamybą cheminėmis reakcijomis.Kaip nurodyta ankstesniame tyrime, padengti šilumokaičiai, pagaminti reaguojant rūgštims ant metalinių pelekų ir vamzdžių paviršių, turi daug privalumų.Šio metodo taikymas pluoštams lėmė labai prastus rezultatus, nes reakcijos metu susidarė dujos.Vandenilio dujų burbuliukų slėgis susidaro zondo viduje ir pasislenka, kai produktas išmetamas (14a pav.).
Danga buvo modifikuota cheminės reakcijos būdu, kad būtų geriau kontroliuojamas dangos storis ir pasiskirstymas.Šis metodas apima rūgšties rūko srautą per mėginį (14b pav.).Tikimasi, kad dėl reakcijos su pagrindo metalu susidarys vienoda danga.Rezultatai buvo patenkinami, tačiau procesas buvo per lėtas, kad jį būtų galima laikyti veiksmingu metodu (14c pav.).Trumpesnis reakcijos laikas gali būti pasiektas vietiniu kaitinimu.
Siekiant pašalinti minėtų metodų trūkumus, buvo ištirtas dengimo būdas, pagrįstas klijų naudojimu.HEC buvo pasirinktas remiantis ankstesniame skyriuje pateiktais rezultatais.Visi mėginiai buvo paruošti 3 % masės.Rišiklis sumaišomas su druska.Pluoštai buvo iš anksto apdoroti ta pačia tvarka kaip ir šonkauliai, ty mirkomi 50 tūrio proc.per 15 minučių.sieros rūgštimi, po to mirkoma natrio hidrokside 20 sekundžių, plaunama distiliuotame vandenyje ir galiausiai mirkoma distiliuotame vandenyje 30 minučių.Šiuo atveju prieš impregnavimą buvo pridėtas papildomas žingsnis.Mėginį trumpam panardinkite į praskiestą tikslinės druskos tirpalą ir išdžiovinkite maždaug 60 °C temperatūroje.Procesas skirtas modifikuoti metalo paviršių, sukuriant branduolio susidarymo vietas, kurios pagerina dangos pasiskirstymą galutiniame etape.Pluoštinė struktūra turi vieną pusę, kurioje gijos yra plonesnės ir sandariai suspaustos, ir priešingą pusę, kur gijos yra storesnės ir mažiau pasiskirstusios.Tai yra 52 gamybos procesų rezultatas.
Kalcio chlorido (CaCl2) rezultatai yra apibendrinti ir iliustruoti paveikslėliais 1 lentelėje. Geras padengimas po inokuliacijos.Netgi tose sruogose, kurių paviršiuje nėra matomų kristalų, sumažėjo metalinių atspindžių, o tai rodo, kad pasikeitė apdaila.Tačiau mėginius impregnavus vandeniniu CaCl2 ir HEC mišiniu ir išdžiovinus apie 60°C temperatūroje, dangos buvo sukoncentruotos konstrukcijų susikirtimo vietose.Tai poveikis, kurį sukelia tirpalo paviršiaus įtempimas.Po mirkymo skystis lieka mėginio viduje dėl jo paviršiaus įtempimo.Iš esmės tai įvyksta konstrukcijų sankirtoje.Geriausioje bandinio pusėje yra kelios skylės, užpildytos druska.Po dengimo svoris padidėjo 0,06 g/cm3.
Dengiant magnio sulfatu (MgSO4), tūrio vienete susidarė daugiau druskos (2 lentelė).Šiuo atveju išmatuotas prieaugis yra 0,09 g/cm3.Sėjimo procesas lėmė platų mėginių aprėptį.Po dengimo druska blokuoja didelius plonosios mėginio pusės plotus.Be to, kai kurios matinės sritys yra užblokuotos, tačiau išlaikomas tam tikras poringumas.Šiuo atveju druskų susidarymas lengvai pastebimas konstrukcijų susikirtimo vietoje, patvirtinantis, kad dengimo procesą daugiausia lemia skysčio paviršiaus įtempimas, o ne druskos ir metalinio pagrindo sąveika.
Stroncio chlorido (SrCl2) ir HEC derinio rezultatai parodė panašias savybes kaip ir ankstesniuose pavyzdžiuose (3 lentelė).Šiuo atveju plonesnė mėginio pusė beveik visiškai uždengta.Matomos tik atskiros poros, susidariusios džiovinimo metu dėl garų išsiskyrimo iš mėginio.Matinėje pusėje pastebėtas raštas labai panašus į ankstesnį atvejį, vieta užkimšta druska, o pluoštai nėra visiškai padengti.
Siekiant įvertinti teigiamą pluoštinės struktūros poveikį šilumokaičio šiluminėms savybėms, buvo nustatytas dengtos pluoštinės struktūros efektyvusis šilumos laidumas ir palygintas su gryna dangos medžiaga.Šilumos laidumas buvo matuojamas pagal ASTM D 5470-2017, naudojant plokščią įtaisą, parodytą 15a paveiksle, naudojant etaloninę medžiagą, kurios šilumos laidumas žinomas.Palyginti su kitais pereinamojo laikotarpio matavimo metodais, šis principas yra naudingas akytoms medžiagoms, naudojamoms šiame tyrime, nes matavimai atliekami pastovioje būsenoje ir esant pakankamam mėginio dydžiui (pagrindo plotas 30 × 30 mm2, aukštis apie 15 mm).Matavimams pluošto kryptimi ir statmenai pluošto krypčiai buvo paruošti grynos dangos medžiagos (etaloninė) ir padengto pluošto struktūros pavyzdžiai, siekiant įvertinti anizotropinio šilumos laidumo poveikį.Mėginiai buvo šlifuoti ant paviršiaus (P320 grūdėtumas), kad būtų sumažintas paviršiaus šiurkštumo efektas, atsirandantis dėl bandinio paruošimo, kuris neatspindi bandinio struktūros.