Nature.comను సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్‌లో CSS మద్దతు పరిమితంగా ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు అప్‌డేట్ చేయబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాలని (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో కంపాటిబిలిటీ మోడ్‌ను నిలిపివేయాలని) మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము. ఈలోగా, మద్దతు కొనసాగేలా చూసేందుకు, మేము స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ను రెండర్ చేస్తాము.
సాంప్రదాయ కంప్రెసర్ వ్యవస్థలతో పోలిస్తే అధిశోషణ శీతలీకరణ వ్యవస్థలు మరియు హీట్ పంపుల మార్కెట్ వాటా ఇప్పటికీ చాలా తక్కువగా ఉంది. ఖరీదైన విద్యుత్ పనులకు బదులుగా చౌకైన ఉష్ణాన్ని ఉపయోగించడంలో ఉన్న అపారమైన ప్రయోజనం ఉన్నప్పటికీ, అధిశోషణ సూత్రాలపై ఆధారపడిన వ్యవస్థల అమలు ఇప్పటికీ కొన్ని నిర్దిష్ట అనువర్తనాలకు మాత్రమే పరిమితమై ఉంది. తొలగించాల్సిన ప్రధాన ప్రతికూలత ఏమిటంటే, అధిశోషకం యొక్క తక్కువ ఉష్ణ వాహకత మరియు తక్కువ స్థిరత్వం కారణంగా నిర్దిష్ట శక్తిలో తగ్గుదల ఏర్పడటం. ప్రస్తుత అత్యాధునిక వాణిజ్య అధిశోషణ శీతలీకరణ వ్యవస్థలు, శీతలీకరణ సామర్థ్యాన్ని గరిష్ఠం చేయడానికి పూత పూసిన ప్లేట్ హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్లపై ఆధారపడిన అధిశోషకాలపై ఆధారపడి ఉన్నాయి. పూత మందాన్ని తగ్గించడం వల్ల ద్రవ్య బదిలీ అవరోధం తగ్గుతుందని, మరియు వాహక నిర్మాణాల ఉపరితల వైశాల్యం-ఘనపరిమాణం నిష్పత్తిని పెంచడం వల్ల సామర్థ్యానికి రాజీ పడకుండా శక్తి పెరుగుతుందని ఫలితాలు అందరికీ తెలిసినవే. ఈ పనిలో ఉపయోగించిన లోహపు ఫైబర్‌లు 2500–50,000 m2/m3 పరిధిలో నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యాన్ని అందించగలవు. పూతల ఉత్పత్తి కోసం, లోహపు ఫైబర్‌లతో సహా లోహ ఉపరితలాలపై ఉప్పు హైడ్రేట్‌ల యొక్క చాలా పలుచని కానీ స్థిరమైన పూతలను పొందడానికి మూడు పద్ధతులు మొదటిసారిగా అధిక శక్తి సాంద్రత గల హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్‌ను ప్రదర్శిస్తున్నాయి. కోటింగ్ మరియు సబ్‌స్ట్రేట్ మధ్య బలమైన బంధాన్ని ఏర్పరచడానికి అల్యూమినియం అనోడైజింగ్ ఆధారిత ఉపరితల చికిత్సను ఎంచుకున్నారు. ఫలితంగా ఏర్పడిన ఉపరితలం యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణాన్ని స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీని ఉపయోగించి విశ్లేషించారు. పరీక్షలో కావలసిన పదార్థాల ఉనికిని తనిఖీ చేయడానికి రెడ్యూస్డ్ టోటల్ రిఫ్లెక్షన్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీలను ఉపయోగించారు. హైడ్రేట్‌లను ఏర్పరిచే వాటి సామర్థ్యాన్ని కంబైన్డ్ థర్మోగ్రావిమెట్రిక్ అనాలిసిస్ (TGA)/డిఫరెన్షియల్ థర్మోగ్రావిమెట్రిక్ అనాలిసిస్ (DTG) ద్వారా నిర్ధారించారు. MgSO4 కోటింగ్‌లో 0.07 గ్రా (నీరు)/గ్రా (మిశ్రమం) కంటే తక్కువ నాణ్యత కనుగొనబడింది, ఇది సుమారు 60 °C వద్ద నిర్జలీకరణ సంకేతాలను చూపించింది మరియు పునర్జలీకరణం తర్వాత పునరావృతమైంది. 100 °C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద సుమారు 0.02 గ్రా/గ్రా ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసంతో SrCl2 మరియు ZnSO4 లతో కూడా సానుకూల ఫలితాలు పొందబడ్డాయి. కోటింగ్ యొక్క స్థిరత్వం మరియు సంశ్లేషణను పెంచడానికి హైడ్రాక్సీఇథైల్‌సెల్యులోజ్‌ను ఒక సంకలితంగా ఎంచుకున్నారు. ఉత్పత్తుల శోషణ ధర్మాలను ఏకకాల TGA-DTG ద్వారా మూల్యాంకనం చేశారు మరియు వాటి సంసంజనాన్ని ISO2409లో వివరించిన పరీక్షల ఆధారంగా ఒక పద్ధతి ద్వారా వర్గీకరించారు. 100 °C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సుమారు 0.1 గ్రా/గ్రా బరువు వ్యత్యాసంతో CaCl2 పూత యొక్క శోషణ సామర్థ్యాన్ని నిలుపుకుంటూనే, దాని స్థిరత్వం మరియు సంసంజనం గణనీయంగా మెరుగుపడ్డాయి. అదనంగా, MgSO4 హైడ్రేట్‌లను ఏర్పరిచే సామర్థ్యాన్ని నిలుపుకుంది, 100 °C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద 0.04 గ్రా/గ్రా కంటే ఎక్కువ ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసాన్ని చూపించింది. చివరగా, పూత పూసిన లోహ ఫైబర్‌లను పరిశీలించారు. స్వచ్ఛమైన Al2(SO4)3 పరిమాణంతో పోలిస్తే, Al2(SO4)3 పూత పూసిన ఫైబర్ నిర్మాణం యొక్క ప్రభావవంతమైన ఉష్ణ వాహకత 4.7 రెట్లు ఎక్కువగా ఉండవచ్చని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. అధ్యయనం చేసిన పూతలను దృశ్యమానంగా పరిశీలించారు మరియు క్రాస్ సెక్షన్ల మైక్రోస్కోపిక్ చిత్రాన్ని ఉపయోగించి అంతర్గత నిర్మాణాన్ని మూల్యాంకనం చేశారు. సుమారు 50 µm మందంతో Al2(SO4)3 పూత లభించింది, కానీ మరింత ఏకరీతి పంపిణీని సాధించడానికి మొత్తం ప్రక్రియను ఆప్టిమైజ్ చేయాలి.
గత కొన్ని దశాబ్దాలుగా అధిశోషణ వ్యవస్థలు (adsorption systems) చాలా ప్రాముఖ్యతను సంతరించుకున్నాయి, ఎందుకంటే అవి సాంప్రదాయ సంపీడన ఉష్ణ పంపులు (compression heat pumps) లేదా శీతలీకరణ వ్యవస్థలకు (refrigeration systems) పర్యావరణ అనుకూల ప్రత్యామ్నాయాన్ని అందిస్తాయి. పెరుగుతున్న సౌకర్య ప్రమాణాలు మరియు ప్రపంచ సగటు ఉష్ణోగ్రతలతో, సమీప భవిష్యత్తులో అధిశోషణ వ్యవస్థలు శిలాజ ఇంధనాలపై ఆధారపడటాన్ని తగ్గించవచ్చు. అదనంగా, అధిశోషణ శీతలీకరణ లేదా ఉష్ణ పంపులలో ఏవైనా మెరుగుదలలను ఉష్ణ శక్తి నిల్వకు బదిలీ చేయవచ్చు, ఇది ప్రాథమిక శక్తిని సమర్థవంతంగా ఉపయోగించుకునే సామర్థ్యాన్ని మరింత పెంచుతుంది. అధిశోషణ ఉష్ణ పంపులు మరియు శీతలీకరణ వ్యవస్థల యొక్క ప్రధాన ప్రయోజనం ఏమిటంటే, అవి తక్కువ ఉష్ణ ద్రవ్యరాశితో పనిచేయగలవు. ఇది సౌరశక్తి లేదా వ్యర్థ ఉష్ణం వంటి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వనరులకు వాటిని అనువుగా చేస్తుంది. శక్తి నిల్వ అనువర్తనాల పరంగా, ఇంద్రియ లేదా గుప్త ఉష్ణ నిల్వతో పోలిస్తే అధిశోషణకు అధిక శక్తి సాంద్రత మరియు తక్కువ శక్తి నష్టం అనే ప్రయోజనం ఉంది.
అడ్సార్ప్షన్ హీట్ పంపులు మరియు రిఫ్రిజరేషన్ వ్యవస్థలు, వాటి వేపర్ కంప్రెషన్ వ్యవస్థల మాదిరిగానే అదే థర్మోడైనమిక్ చక్రాన్ని అనుసరిస్తాయి. ప్రధాన వ్యత్యాసం ఏమిటంటే, కంప్రెసర్ భాగాల స్థానంలో అడ్సార్బర్‌లను ఉపయోగించడం. ఈ ఎలిమెంట్, మితమైన ఉష్ణోగ్రతల వద్ద తక్కువ పీడనంలో ఉన్న రిఫ్రిజరెంట్ ఆవిరిని శోషించుకోగలదు, మరియు ద్రవం చల్లగా ఉన్నప్పటికీ మరింత రిఫ్రిజరెంట్‌ను ఆవిరి చేస్తుంది. అడ్సార్ప్షన్ ఎంథాల్పీని (ఎక్సోథర్మ్) నివారించడానికి అడ్సార్బర్‌ను నిరంతరం చల్లబరచడం అవసరం. అడ్సార్బర్‌ను అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద రీజెనరేట్ చేసినప్పుడు, రిఫ్రిజరెంట్ ఆవిరి డీసార్ప్షన్ చెందుతుంది. డీసార్ప్షన్ ఎంథాల్పీని (ఎండోథర్మిక్) అందించడానికి హీటింగ్ కొనసాగించాలి. అడ్సార్ప్షన్ ప్రక్రియలు ఉష్ణోగ్రత మార్పులతో కూడి ఉంటాయి కాబట్టి, అధిక పవర్ డెన్సిటీకి అధిక థర్మల్ కండక్టివిటీ అవసరం. అయితే, చాలా అప్లికేషన్లలో తక్కువ థర్మల్ కండక్టివిటీయే ప్రధాన ప్రతికూలత.
శోషణ/విశోషణ ఆవిరుల ప్రవాహాన్ని అందించే రవాణా మార్గాన్ని కొనసాగిస్తూనే, వాహకత యొక్క సగటు విలువను పెంచడమే దాని ప్రధాన సమస్య. దీనిని సాధించడానికి సాధారణంగా రెండు పద్ధతులను ఉపయోగిస్తారు: కాంపోజిట్ హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్లు మరియు కోటెడ్ హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్లు. కార్బన్ ఆధారిత సంకలితాలను, అంటే విస్తరించిన గ్రాఫైట్, యాక్టివేటెడ్ కార్బన్ లేదా కార్బన్ ఫైబర్‌లను ఉపయోగించే కాంపోజిట్ పదార్థాలు అత్యంత ప్రజాదరణ పొందినవి మరియు విజయవంతమైనవి. ఒలివెరా మరియు ఇతరులు 2, 306 W/kg వరకు నిర్దిష్ట శీతలీకరణ సామర్థ్యం (SCP) మరియు 0.46 వరకు పనితీరు గుణకం (COP) కలిగిన ఒక శోషకాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి, విస్తరించిన గ్రాఫైట్ పొడిని కాల్షియం క్లోరైడ్‌తో నింపారు. జజాక్జ్‌కోవ్‌స్కీ మరియు ఇతరులు 3, 15 W/mK మొత్తం వాహకతతో విస్తరించిన గ్రాఫైట్, కార్బన్ ఫైబర్ మరియు కాల్షియం క్లోరైడ్‌ల కలయికను ప్రతిపాదించారు. జియాన్ మరియు ఇతరులు4, రెండు-దశల శోషణ శీతలీకరణ చక్రంలో సబ్‌స్ట్రేట్‌గా సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంతో శుద్ధి చేయబడిన విస్తరించిన సహజ గ్రాఫైట్ (ENG-TSA)తో కాంపోజిట్‌లను పరీక్షించారు. ఈ నమూనా COPని 0.215 నుండి 0.285 వరకు మరియు SCPని 161.4 నుండి 260.74 W/kg వరకు అంచనా వేసింది.
అన్నిటికంటే ఆచరణీయమైన పరిష్కారం కోటెడ్ హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్. ఈ హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్ల కోటింగ్ విధానాలను రెండు వర్గాలుగా విభజించవచ్చు: ప్రత్యక్ష సంశ్లేషణ మరియు అంటుకునే పదార్థాలు (అడెసివ్స్). అత్యంత విజయవంతమైన పద్ధతి ప్రత్యక్ష సంశ్లేషణ, దీనిలో తగిన రియాజెంట్ల నుండి నేరుగా హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్ల ఉపరితలంపై శోషక పదార్థాలను ఏర్పరుస్తారు. ఫారెన్‌హీట్ GmbH తయారు చేసిన కూలర్ల శ్రేణిలో ఉపయోగించడానికి, కోటెడ్ జియోలైట్‌ను సంశ్లేషణ చేసే పద్ధతికి సోటెక్5 పేటెంట్ పొందింది. ష్నాబెల్ మరియు ఇతరులు6 స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్‌పై పూత పూసిన రెండు జియోలైట్‌ల పనితీరును పరీక్షించారు. అయితే, ఈ పద్ధతి నిర్దిష్ట శోషకాలతో మాత్రమే పనిచేస్తుంది, ఇది అంటుకునే పదార్థాలతో పూత పూయడాన్ని ఒక ఆసక్తికరమైన ప్రత్యామ్నాయంగా చేస్తుంది. బైండర్లు అనేవి శోషక సంసంజనం మరియు/లేదా ద్రవ్య బదిలీకి మద్దతు ఇవ్వడానికి ఎంచుకున్న నిష్క్రియ పదార్థాలు, కానీ శోషణ లేదా వాహకత పెంపులో ఎటువంటి పాత్ర పోషించవు. ఫ్రెనీ మరియు ఇతరులు7 బంకమట్టి ఆధారిత బైండర్‌తో స్థిరీకరించబడిన AQSOA-Z02 జియోలైట్‌తో అల్యూమినియం హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్లకు పూత పూశారు. కాలబ్రీస్ మరియు ఇతరులు8 పాలిమరిక్ బైండర్లతో జియోలైట్ పూతల తయారీని అధ్యయనం చేశారు. అమ్మాన్ మరియు ఇతరులు9 పాలీవినైల్ ఆల్కహాల్ యొక్క అయస్కాంత మిశ్రమాల నుండి పోరస్ జియోలైట్ పూతలను తయారు చేయడానికి ఒక పద్ధతిని ప్రతిపాదించారు. అశోషకంలో అల్యూమినా (alumina) కూడా బైండర్ 10 గా ఉపయోగించబడుతుంది. మాకు తెలిసినంత వరకు, సెల్యులోజ్ మరియు హైడ్రాక్సీఇథైల్ సెల్యులోజ్‌లు భౌతిక శోషకాలతో కలిపి మాత్రమే ఉపయోగించబడతాయి11,12. కొన్నిసార్లు జిగురు పెయింట్ కోసం ఉపయోగించబడదు, కానీ దానికదే నిర్మాణం 13 ను నిర్మించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ఆల్గినేట్ పాలిమర్ మ్యాట్రిక్స్‌లను బహుళ సాల్ట్ హైడ్రేట్‌లతో కలపడం వలన సౌకర్యవంతమైన కాంపోజిట్ బీడ్ నిర్మాణాలు ఏర్పడతాయి, ఇవి ఎండబెట్టేటప్పుడు లీకేజీని నివారిస్తాయి మరియు తగినంత ద్రవ్య బదిలీని అందిస్తాయి. బెంటోనైట్ మరియు అట్టపుల్గైట్ వంటి బంకమట్టిలను కాంపోజిట్‌ల తయారీకి బైండర్‌లుగా ఉపయోగించారు15,16,17. కాల్షియం క్లోరైడ్18 లేదా సోడియం సల్ఫైడ్19 ను మైక్రోఎన్‌క్యాప్సులేట్ చేయడానికి ఇథైల్‌సెల్యులోజ్‌ను ఉపయోగించారు.
రంధ్రాలున్న లోహ నిర్మాణం కలిగిన మిశ్రమాలను అడిటివ్ హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్లు మరియు కోటెడ్ హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్లుగా విభజించవచ్చు. ఈ నిర్మాణాల యొక్క ప్రయోజనం అధిక విశిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం. దీని ఫలితంగా, రిఫ్రిజిరేషన్ చక్రం యొక్క మొత్తం సామర్థ్యాన్ని తగ్గించే జడ ద్రవ్యరాశిని జోడించకుండానే, అధిశోషకం మరియు లోహం మధ్య పెద్ద సంపర్క ఉపరితలం ఏర్పడుతుంది. లాంగ్ మరియు ఇతరులు 20 అల్యూమినియం తేనెగూడు నిర్మాణంతో జియోలైట్ అధిశోషకం యొక్క మొత్తం వాహకతను మెరుగుపరిచారు. గిల్లెర్మినోట్ మరియు ఇతరులు 21 రాగి మరియు నికెల్ ఫోమ్‌తో NaX జియోలైట్ పొరల యొక్క ఉష్ణ వాహకతను మెరుగుపరిచారు. మిశ్రమాలను ఫేజ్ చేంజ్ మెటీరియల్స్ (PCMs)గా ఉపయోగిస్తున్నప్పటికీ, లీ మరియు ఇతరులు 22 మరియు జావో మరియు ఇతరులు 23 యొక్క పరిశోధనలు కెమిసోర్ప్షన్ కోసం కూడా ఆసక్తికరంగా ఉన్నాయి. వారు విస్తరించిన గ్రాఫైట్ మరియు మెటల్ ఫోమ్ యొక్క పనితీరును పోల్చి, తుప్పు సమస్య లేనప్పుడు మాత్రమే రెండోది ఉత్తమమైనదని నిర్ధారించారు. పలోంబా మరియు ఇతరులు ఇటీవల ఇతర లోహ రంధ్రాల నిర్మాణాలను పోల్చారు24. వాన్ డెర్ పాల్ మరియు ఇతరులు ఫోమ్‌లలో పొందుపరిచిన లోహ లవణాలను అధ్యయనం చేశారు25. మునుపటి ఉదాహరణలన్నీ కణరూప శోషకాల యొక్క దట్టమైన పొరలకు సంబంధించినవి. లోహ రంధ్రాల నిర్మాణాలు ఆచరణాత్మకంగా శోషకాలకు పూత పూయడానికి ఉపయోగించబడవు, ఇది మరింత ఉత్తమమైన పరిష్కారం. జియోలైట్‌లకు బంధించడానికి ఒక ఉదాహరణను విట్‌స్టాడ్ట్ మరియు ఇతరులు 26 లో చూడవచ్చు, కానీ వాటి అధిక శక్తి సాంద్రత ఉన్నప్పటికీ సాల్ట్ హైడ్రేట్‌లను బంధించడానికి ఎటువంటి ప్రయత్నం చేయబడలేదు 27.
అందువల్ల, ఈ వ్యాసంలో శోషక పూతలను తయారు చేయడానికి మూడు పద్ధతులు అన్వేషించబడతాయి: (1) బైండర్ పూత, (2) ప్రత్యక్ష చర్య, మరియు (3) ఉపరితల చికిత్స. భౌతిక శోషకాలతో కలిపి వాడినప్పుడు, గతంలో నివేదించబడిన స్థిరత్వం మరియు మంచి పూత అంటుకునే గుణం కారణంగా ఈ పనిలో హైడ్రాక్సీఇథైల్సెల్యులోజ్‌ను బైండర్‌గా ఎంచుకున్నారు. ఈ పద్ధతిని మొదట చదునైన పూతల కోసం పరిశోధించారు మరియు తరువాత లోహ ఫైబర్ నిర్మాణాలకు వర్తింపజేశారు. గతంలో, శోషక పూతల ఏర్పాటుతో రసాయన చర్యల సాధ్యతపై ఒక ప్రాథమిక విశ్లేషణ నివేదించబడింది. గత అనుభవాన్ని ఇప్పుడు లోహ ఫైబర్ నిర్మాణాల పూతకు బదిలీ చేస్తున్నారు. ఈ పని కోసం ఎంచుకున్న ఉపరితల చికిత్స, అల్యూమినియం అనోడైజింగ్ ఆధారిత పద్ధతి. సౌందర్య ప్రయోజనాల కోసం అల్యూమినియం అనోడైజింగ్‌ను లోహ లవణాలతో విజయవంతంగా కలిపారు29. ఈ సందర్భాలలో, చాలా స్థిరమైన మరియు తుప్పు-నిరోధక పూతలను పొందవచ్చు. అయితే, అవి ఎటువంటి శోషణ లేదా విసర్జన ప్రక్రియను నిర్వహించలేవు. ఈ పత్రం ఈ విధానం యొక్క ఒక రూపాంతరాన్ని అందిస్తుంది, ఇది అసలు ప్రక్రియ యొక్క అంటుకునే లక్షణాలను ఉపయోగించి ద్రవ్యరాశిని కదిలించడానికి అనుమతిస్తుంది. మాకు తెలిసినంతవరకు, ఇక్కడ వివరించిన పద్ధతుల్లో ఏదీ గతంలో అధ్యయనం చేయబడలేదు. ఇవి చాలా ఆసక్తికరమైన కొత్త సాంకేతికతను సూచిస్తాయి, ఎందుకంటే ఇవి హైడ్రేటెడ్ శోషక పూతలను ఏర్పరచడానికి వీలు కల్పిస్తాయి, తరచుగా అధ్యయనం చేయబడిన భౌతిక శోషకాలతో పోలిస్తే వీటికి అనేక ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి.
ఈ ప్రయోగాలకు ఆధారాలుగా ఉపయోగించిన స్టాంప్డ్ అల్యూమినియం ప్లేట్లను చెక్ రిపబ్లిక్‌కు చెందిన ALINVEST Břidličná అందించింది. వాటిలో 98.11% అల్యూమినియం, 1.3622% ఇనుము, 0.3618% మాంగనీస్ మరియు స్వల్ప పరిమాణంలో రాగి, మెగ్నీషియం, సిలికాన్, టైటానియం, జింక్, క్రోమియం మరియు నికెల్ ఉన్నాయి.
కాంపోజిట్‌ల తయారీకి ఎంచుకున్న పదార్థాలను వాటి థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలకు అనుగుణంగా ఎంపిక చేస్తారు, అనగా, 120°C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అవి ఎంత నీటిని శోషించుకోగలవు/విడుదల చేయగలవు అనే దానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ (MgSO4) అత్యంత ఆసక్తికరమైన మరియు అధ్యయనం చేయబడిన హైడ్రేటెడ్ లవణాలలో ఒకటి³⁰,³¹,³²,³³,³⁴,³⁵,³⁶,³⁷,³⁸,³⁹,⁴⁰,⁴¹. దీని ఉష్ణగతిక ధర్మాలను క్రమపద్ధతిలో కొలిచారు మరియు శోషణ శీతలీకరణ, హీట్ పంపులు మరియు శక్తి నిల్వ రంగాలలో అనువర్తనాలకు ఇది అనుకూలంగా ఉన్నట్లు కనుగొన్నారు. పొడి మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany) ను ఉపయోగించారు.
కాల్షియం క్లోరైడ్ (CaCl2) (H319) అనేది బాగా అధ్యయనం చేయబడిన మరొక లవణం, ఎందుకంటే దాని హైడ్రేట్ ఆసక్తికరమైన థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలను కలిగి ఉంది41,42,43,44. కాల్షియం క్లోరైడ్ హెక్సాహైడ్రేట్ CAS-నం. 7774-34-7 97% ఉపయోగించబడింది (గ్రూసింగ్, GmbH, ఫిల్సమ్, నీడర్‌సాక్సెన్, జర్మనీ).
జింక్ సల్ఫేట్ (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) మరియు దాని హైడ్రేట్‌లు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత శోషణ ప్రక్రియలకు అనువైన ఉష్ణగతిక లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి45,46. జింక్ సల్ఫేట్ హెప్టాహైడ్రేట్ CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany) ఉపయోగించబడింది.
అధిశోషణ హీట్ పంప్ లేదా శక్తి నిల్వ పరిశోధనలో దీనిని తరచుగా అమ్మోనియాతో కలిపినప్పటికీ, స్ట్రాన్షియం క్లోరైడ్ (SrCl2) (H318) కూడా ఆసక్తికరమైన థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలను కలిగి ఉంది4,45,47. సంశ్లేషణ కోసం స్ట్రాన్షియం క్లోరైడ్ హెక్సాహైడ్రేట్ CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (సిగ్మా ఆల్డ్రిచ్, సెయింట్ లూయిస్, మిస్సౌరీ, USA) ఉపయోగించబడింది.
కాపర్ సల్ఫేట్ (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) వృత్తిపరమైన సాహిత్యంలో తరచుగా కనిపించే హైడ్రేట్‌లలో ఒకటి కాదు, అయినప్పటికీ దాని ఉష్ణగతిక లక్షణాలు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత అనువర్తనాలకు ఆసక్తికరంగా ఉంటాయి48,49. సంశ్లేషణ కోసం కాపర్ సల్ఫేట్ CAS-Nr.7758-99-8 99% (సిగ్మా ఆల్డ్రిచ్, సెయింట్ లూయిస్, MO, USA) ఉపయోగించబడింది.
మెగ్నీషియం క్లోరైడ్ (MgCl2) అనేది హైడ్రేటెడ్ లవణాలలో ఒకటి, ఇది ఇటీవల ఉష్ణ శక్తి నిల్వ రంగంలో ఎక్కువ దృష్టిని ఆకర్షించింది50,51. ప్రయోగాల కోసం స్వచ్ఛమైన ఫార్మాస్యూటికల్ గ్రేడ్ మెగ్నీషియం క్లోరైడ్ హెక్సాహైడ్రేట్ CAS-Nr.7791-18-6 (అప్లికెమ్ GmbH., డార్మ్‌స్టాడ్, జర్మనీ) ఉపయోగించబడింది.
పైన పేర్కొన్న విధంగా, ఇలాంటి అనువర్తనాలలో సానుకూల ఫలితాలు రావడం వల్ల హైడ్రాక్సీఇథైల్ సెల్యులోజ్‌ను ఎంచుకోవడం జరిగింది. మా సంశ్లేషణలో ఉపయోగించిన పదార్థం హైడ్రాక్సీఇథైల్ సెల్యులోజ్ CAS-Nr 9004-62-0 (సిగ్మా ఆల్డ్రిచ్, సెయింట్ లూయిస్, MO, USA).
క్రూసిబుల్ మెల్ట్ ఎక్స్‌ట్రాక్షన్ (CME)52 అని పిలువబడే ఒక ప్రక్రియ ద్వారా, సంపీడనం మరియు సింటరింగ్ ద్వారా చిన్న తీగలను బంధించడం ద్వారా లోహపు ఫైబర్‌లు తయారు చేయబడతాయి. దీని అర్థం ఏమిటంటే, వాటి ఉష్ణ వాహకత తయారీలో ఉపయోగించే లోహాల బల్క్ కండక్టివిటీ మరియు తుది నిర్మాణం యొక్క పోరోసిటీపై మాత్రమే కాకుండా, దారాల మధ్య బంధాల నాణ్యతపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది. ఫైబర్‌లు ఐసోట్రోపిక్‌గా ఉండవు మరియు ఉత్పత్తి సమయంలో ఒక నిర్దిష్ట దిశలో పంపిణీ చేయబడతాయి, ఇది అడ్డ దిశలో ఉష్ణ వాహకతను చాలా తక్కువగా చేస్తుంది.
వాక్యూమ్ ప్యాకేజీ (నెట్జ్‌ష్ TG 209 F1 లిబ్రా)లో ఏకకాల థర్మోగ్రావిమెట్రిక్ విశ్లేషణ (TGA)/డిఫరెన్షియల్ థర్మోగ్రావిమెట్రిక్ విశ్లేషణ (DTG) ఉపయోగించి నీటి శోషణ లక్షణాలను పరిశోధించారు. అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ క్రూసిబుల్స్‌లో, 10 ml/min ప్రవాహ రేటుతో మరియు 25 నుండి 150°C ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో, ప్రవహించే నైట్రోజన్ వాతావరణంలో ఈ కొలతలు జరిపారు. తాపన రేటు 1 °C/min, నమూనా బరువు 10 నుండి 20 mg వరకు మారుతూ ఉంది, రిజల్యూషన్ 0.1 μgగా ఉంది. ఈ పనిలో, యూనిట్ ఉపరితలానికి ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసంలో పెద్ద అనిశ్చితి ఉంటుందని గమనించాలి. TGA-DTGలో ఉపయోగించిన నమూనాలు చాలా చిన్నవిగా మరియు క్రమరహితంగా కత్తిరించబడి ఉంటాయి, ఇది వాటి వైశాల్య నిర్ధారణను అపసరిగా చేస్తుంది. పెద్ద విచలనాలను పరిగణనలోకి తీసుకుంటేనే ఈ విలువలను పెద్ద వైశాల్యానికి విస్తరించవచ్చు.
బ్రూకర్ ఆప్టిక్ GmbH, లీప్‌జిగ్, జర్మనీకి చెందిన ATR ప్లాటినం అనుబంధాన్ని ఉపయోగించి, బ్రూకర్ వెర్టెక్స్ 80 v FTIR స్పెక్ట్రోమీటర్‌పై అటెన్యూయేటెడ్ టోటల్ రిఫ్లెక్షన్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ (ATR-FTIR) స్పెక్ట్రాలను సేకరించారు. ప్రయోగాత్మక కొలతలకు నమూనాలను బ్యాక్‌గ్రౌండ్‌గా ఉపయోగించే ముందు, స్వచ్ఛమైన పొడి వజ్రపు స్ఫటికాల స్పెక్ట్రాలను నేరుగా వాక్యూమ్‌లో కొలిచారు. నమూనాలను 2 cm-1 స్పెక్ట్రల్ రిజల్యూషన్ మరియు సగటున 32 స్కాన్‌ల సంఖ్యతో వాక్యూమ్‌లో కొలిచారు. వేవ్‌నెంబర్ పరిధి 8000 నుండి 500 cm-1 వరకు ఉంది. OPUS ప్రోగ్రామ్‌ను ఉపయోగించి స్పెక్ట్రల్ విశ్లేషణను నిర్వహించారు.
2 మరియు 5 kV త్వరణ వోల్టేజ్‌ల వద్ద జీస్ వారి DSM 982 జెమినిని ఉపయోగించి SEM విశ్లేషణ నిర్వహించబడింది. పెల్టియర్ కూల్డ్ సిలికాన్ డ్రిఫ్ట్ డిటెక్టర్ (SSD)తో కూడిన థర్మో ఫిషర్ సిస్టమ్ 7ను ఉపయోగించి ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EDX) నిర్వహించబడింది.
53లో వివరించిన విధానాన్ని పోలిన పద్ధతి ప్రకారం లోహపు పలకల తయారీ జరిగింది. మొదట, పలకను 50% సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంలో 15 నిమిషాలు ముంచారు. తరువాత వాటిని సుమారు 10 సెకన్ల పాటు 1 M సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ ద్రావణంలో ఉంచారు. ఆ తరువాత నమూనాలను అధిక మొత్తంలో స్వేదన జలంతో కడిగి, 30 నిమిషాల పాటు స్వేదన జలంలో నానబెట్టారు. ప్రాథమిక ఉపరితల శుద్ధి తరువాత, నమూనాలను 3% సంతృప్త ద్రావణంలో, HEC మరియు లక్ష్య లవణంలో ముంచారు. చివరగా, వాటిని బయటకు తీసి 60°C వద్ద ఆరబెట్టారు.
అనోడైజింగ్ పద్ధతి నిష్క్రియ లోహంపై ఉన్న సహజ ఆక్సైడ్ పొరను మెరుగుపరుస్తుంది మరియు బలపరుస్తుంది. అల్యూమినియం ప్యానెళ్లను గట్టిపడిన స్థితిలో సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంతో అనోడైజ్ చేసి, ఆపై వేడి నీటిలో సీల్ చేశారు. అనోడైజింగ్‌కు ముందు, మొదట 1 మోల్/లీ NaOH (600 సెకన్లు) తో ఎచింగ్ చేసి, ఆపై 1 మోల్/లీ HNO3 (60 సెకన్లు) లో తటస్థీకరణ చేశారు. ఎలక్ట్రోలైట్ ద్రావణం 2.3 M H2SO4, 0.01 M Al2(SO4)3, మరియు 1 M MgSO4 + 7H2O ల మిశ్రమం. అనోడైజింగ్‌ను (40 ± 1)°C వద్ద, 30 mA/cm2 వద్ద 1200 సెకన్ల పాటు నిర్వహించారు. సీలింగ్ ప్రక్రియను మెటీరియల్స్‌లో వివరించిన విధంగా వివిధ బ్రైన్ ద్రావణాలలో (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2) నిర్వహించారు. నమూనాను అందులో 1800 సెకన్ల పాటు ఉడకబెట్టారు.
కాంపోజిట్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి మూడు విభిన్న పద్ధతులు పరిశోధించబడ్డాయి: అంటుకునే పూత, ప్రత్యక్ష ప్రతిచర్య మరియు ఉపరితల చికిత్స. ప్రతి శిక్షణా పద్ధతి యొక్క ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలు క్రమపద్ధతిలో విశ్లేషించబడి, చర్చించబడ్డాయి. ఫలితాలను మూల్యాంకనం చేయడానికి ప్రత్యక్ష పరిశీలన, నానోఇమేజింగ్ మరియు రసాయన/మూలక విశ్లేషణ ఉపయోగించబడ్డాయి.
లవణ హైడ్రేట్‌ల సంసంజనాన్ని పెంచడానికి, మార్పిడి ఉపరితల చికిత్సా పద్ధతిగా అనోడైజింగ్‌ను ఎంచుకున్నారు. ఈ ఉపరితల చికిత్స అల్యూమినియం ఉపరితలంపై నేరుగా అల్యూమినా (Al2O3) యొక్క సచ్ఛిద్ర నిర్మాణాన్ని సృష్టిస్తుంది. సాంప్రదాయకంగా, ఈ పద్ధతి రెండు దశలను కలిగి ఉంటుంది: మొదటి దశ అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ యొక్క సచ్ఛిద్ర నిర్మాణాన్ని సృష్టిస్తుంది, మరియు రెండవ దశ రంధ్రాలను మూసివేసే అల్యూమినియం హైడ్రాక్సైడ్ పూతను సృష్టిస్తుంది. వాయు దశకు ప్రవేశాన్ని నిరోధించకుండా లవణాన్ని నిరోధించడానికి ఈ క్రిందివి రెండు పద్ధతులు. మొదటిది, శోషక స్ఫటికాలను పట్టుకోవడానికి మరియు లోహ ఉపరితలాలకు దాని సంసంజనాన్ని పెంచడానికి, మొదటి దశలో పొందిన చిన్న అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ (Al2O3) గొట్టాలను ఉపయోగించే తేనెగూడు వ్యవస్థను కలిగి ఉంటుంది. ఫలితంగా ఏర్పడిన తేనెగూళ్ళు సుమారు 50 nm వ్యాసం మరియు 200 nm పొడవును కలిగి ఉంటాయి (పటం 1a). ముందుగా చెప్పినట్లుగా, ఈ కుహరాలు సాధారణంగా రెండవ దశలో అల్యూమినా ట్యూబ్ బాయిలింగ్ ప్రక్రియ ద్వారా మద్దతు పొందిన Al2O(OH)2 బోహెమైట్ యొక్క పలుచని పొరతో మూసివేయబడతాయి. రెండవ పద్ధతిలో, ఈ సీలింగ్ ప్రక్రియను ఈ విధంగా సవరించారు, తద్వారా ఉప్పు స్ఫటికాలు బోహెమైట్ (Al2O(OH)) యొక్క ఏకరీతిగా కప్పి ఉంచే పొరలో బంధించబడతాయి, అయితే ఈ సందర్భంలో దీనిని సీలింగ్ కోసం ఉపయోగించరు. రెండవ దశను సంబంధిత ఉప్పు యొక్క సంతృప్త ద్రావణంలో నిర్వహిస్తారు. వివరించిన నమూనాలు 50–100 nm పరిధిలో పరిమాణాలను కలిగి ఉంటాయి మరియు చిమ్మిన చుక్కల వలె కనిపిస్తాయి (పటం 1బి). సీలింగ్ ప్రక్రియ ఫలితంగా పొందిన ఉపరితలం, పెరిగిన స్పర్శా ప్రాంతంతో స్పష్టమైన ప్రాదేశిక నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఈ ఉపరితల నమూనా, దాని అనేక బంధన ఆకృతులతో పాటు, ఉప్పు స్ఫటికాలను మోయడానికి మరియు పట్టి ఉంచడానికి ఆదర్శంగా ఉంటుంది. వివరించిన రెండు నిర్మాణాలు నిజంగా సచ్ఛిద్రంగా కనిపిస్తాయి మరియు చిన్న కుహరాలను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి యాడ్సార్బర్ పనిచేస్తున్నప్పుడు ఉప్పు హైడ్రేట్‌లను నిలుపుకోవడానికి మరియు ఆవిరిని ఉప్పుకు శోషించుకోవడానికి బాగా సరిపోతాయి. అయితే, EDX ఉపయోగించి ఈ ఉపరితలాల మూలక విశ్లేషణ బోహెమైట్ ఉపరితలంపై అతి తక్కువ పరిమాణంలో మెగ్నీషియం మరియు సల్ఫర్‌ను గుర్తించగలదు, ఇవి అల్యూమినా ఉపరితలం విషయంలో గుర్తించబడవు.
నమూనా యొక్క ATR-FTIR ఆ మూలకం మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ అని నిర్ధారించింది (పటం 2b చూడండి). ఈ స్పెక్ట్రమ్ 610–680 మరియు 1080–1130 cm–1 వద్ద సల్ఫేట్ అయాన్ యొక్క లక్షణ శిఖరాలను మరియు 1600–1700 cm–1 మరియు 3200–3800 cm–1 వద్ద లాటిస్ నీటి యొక్క లక్షణ శిఖరాలను చూపుతుంది (పటం 2a, c చూడండి). మెగ్నీషియం అయాన్ల ఉనికి స్పెక్ట్రమ్‌ను దాదాపుగా మార్చదు54.
(ఎ) బోహెమైట్ పూత పూసిన MgSO4 అల్యూమినియం ప్లేట్ యొక్క EDX, (బి) బోహెమైట్ మరియు MgSO4 పూతల యొక్క ATR-FTIR స్పెక్ట్రా, (సి) స్వచ్ఛమైన MgSO4 యొక్క ATR-FTIR స్పెక్ట్రా.
TGA ద్వారా అధిశోషణ సామర్థ్యం నిలకడగా ఉందని నిర్ధారించబడింది. పటం 3bలో సుమారు 60°C వద్ద ఒక విధిశోషణ శిఖరం కనిపిస్తుంది. ఈ శిఖరం, స్వచ్ఛమైన ఉప్పు యొక్క TGAలో గమనించిన రెండు శిఖరాల ఉష్ణోగ్రతకు (పటం 3a) అనుగుణంగా లేదు. అధిశోషణ-విధిశోషణ చక్రం యొక్క పునరావృతతను మూల్యాంకనం చేయగా, నమూనాలను తేమతో కూడిన వాతావరణంలో ఉంచిన తర్వాత అదే వక్రరేఖ కనిపించింది (పటం 3c). విధిశోషణ యొక్క రెండవ దశలో గమనించిన తేడాలు, ప్రవహించే వాతావరణంలో జరిగే నిర్జలీకరణం ఫలితంగా ఉండవచ్చు, ఎందుకంటే ఇది తరచుగా అసంపూర్ణ నిర్జలీకరణానికి దారితీస్తుంది. ఈ విలువలు మొదటి నిర్జలీకరణంలో సుమారుగా 17.9 గ్రా/మీ² మరియు రెండవ నిర్జలీకరణంలో 10.3 గ్రా/మీ² కు అనుగుణంగా ఉన్నాయి.
బోహెమైట్ మరియు MgSO4 యొక్క TGA విశ్లేషణ పోలిక: స్వచ్ఛమైన MgSO4 (a), మిశ్రమం (b) మరియు పునర్జలీకరణం తర్వాత (c) యొక్క TGA విశ్లేషణ.
కాల్షియం క్లోరైడ్‌ను అధిశోషకంగా ఉపయోగించి ఇదే పద్ధతిని చేపట్టారు. ఫలితాలను పటం 4లో చూపించారు. ఉపరితలాన్ని కంటితో పరిశీలించగా, లోహపు మెరుపులో స్వల్ప మార్పులు కనిపించాయి. పొర దాదాపుగా కనబడలేదు. ఉపరితలంపై సమానంగా విస్తరించి ఉన్న చిన్న స్ఫటికాల ఉనికిని SEM నిర్ధారించింది. అయితే, 150°C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నిర్జలీకరణం జరగలేదని TGA చూపించింది. TGA ద్వారా గుర్తించడానికి, సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క మొత్తం ద్రవ్యరాశితో పోలిస్తే లవణం యొక్క నిష్పత్తి చాలా తక్కువగా ఉండటమే దీనికి కారణం కావచ్చు.
యానోడైజింగ్ పద్ధతి ద్వారా కాపర్ సల్ఫేట్ పూత యొక్క ఉపరితల చికిత్స ఫలితాలు పటం 5లో చూపబడ్డాయి. ఈ సందర్భంలో, Al ఆక్సైడ్ నిర్మాణంలోకి CuSO4 ఆశించిన విధంగా కలవలేదు. దానికి బదులుగా, సాధారణ టర్కోయిస్ రంగులతో ఉపయోగించే కాపర్ హైడ్రాక్సైడ్ Cu(OH)2లో కనిపించే విధంగా వదులుగా ఉండే సూదుల వంటివి గమనించబడ్డాయి.
యానోడైజ్డ్ ఉపరితల చికిత్సను స్ట్రాన్షియం క్లోరైడ్‌తో కలిపి కూడా పరీక్షించారు. ఫలితాలు అసమాన కవరేజీని చూపించాయి (పటం 6a చూడండి). ఉప్పు మొత్తం ఉపరితలాన్ని కప్పిందో లేదో నిర్ధారించడానికి, ఒక EDX విశ్లేషణ నిర్వహించబడింది. బూడిద రంగు ప్రాంతంలోని ఒక బిందువు (పటం 6bలోని బిందువు 1) యొక్క వక్రరేఖ తక్కువ స్ట్రాన్షియం మరియు అధిక అల్యూమినియంను చూపుతుంది. ఇది కొలవబడిన జోన్‌లో స్ట్రాన్షియం తక్కువగా ఉందని సూచిస్తుంది, ఇది స్ట్రాన్షియం క్లోరైడ్ యొక్క తక్కువ కవరేజీని సూచిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, తెల్లని ప్రాంతాలలో స్ట్రాన్షియం అధికంగా మరియు అల్యూమినియం తక్కువగా ఉన్నాయి (పటం 6bలోని బిందువులు 2–6). తెల్లని ప్రాంతం యొక్క EDX విశ్లేషణలో ముదురు చుక్కలు (పటం 6bలోని బిందువులు 2 మరియు 4) కనిపిస్తాయి, వీటిలో క్లోరిన్ తక్కువగా మరియు సల్ఫర్ అధికంగా ఉంటుంది. ఇది స్ట్రాన్షియం సల్ఫేట్ ఏర్పడటాన్ని సూచించవచ్చు. ప్రకాశవంతమైన చుక్కలు అధిక క్లోరిన్ కంటెంట్‌ను మరియు తక్కువ సల్ఫర్ కంటెంట్‌ను ప్రతిబింబిస్తాయి (పటం 6bలోని బిందువులు 3, 5, మరియు 6). తెల్లటి పూత యొక్క ప్రధాన భాగం ఊహించిన స్ట్రాన్షియం క్లోరైడ్‌తో కూడి ఉండటమే దీనికి కారణం. నమూనా యొక్క TGA, స్వచ్ఛమైన స్ట్రాన్షియం క్లోరైడ్ యొక్క లక్షణ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఒక శిఖరాన్ని చూపించడం ద్వారా విశ్లేషణ యొక్క వివరణను ధృవీకరించింది (పటం 6c). లోహ ఆధారం యొక్క ద్రవ్యరాశితో పోలిస్తే ఉప్పు యొక్క భాగం చిన్నదిగా ఉండటం వలన వాటి తక్కువ విలువను సమర్థించవచ్చు. ప్రయోగాలలో నిర్ధారించబడిన డీసోర్ప్షన్ ద్రవ్యరాశి, 150°C ఉష్ణోగ్రత వద్ద యాడ్సోర్బర్ యొక్క యూనిట్ వైశాల్యానికి విడుదలయ్యే 7.3 గ్రా/మీ2 పరిమాణానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది.
ఎలోక్సాల్‌తో శుద్ధి చేసిన జింక్ సల్ఫేట్ పూతలను కూడా పరీక్షించారు. స్థూలదృష్టితో చూస్తే, ఈ పూత చాలా పలుచని మరియు ఏకరీతి పొరగా ఉంది (పటం 7ఎ). అయితే, SEM పరిశీలనలో ఖాళీ ప్రదేశాలచే వేరు చేయబడిన చిన్న స్ఫటికాలతో కప్పబడిన ఉపరితల ప్రాంతం కనిపించింది (పటం 7బి). పూత మరియు సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క TGAను స్వచ్ఛమైన ఉప్పు యొక్క TGAతో పోల్చారు (పటం 7సి). స్వచ్ఛమైన ఉప్పులో 59.1°C వద్ద ఒక అసౌష్టవ శిఖరం ఉంది. పూత పూసిన అల్యూమినియం 55.5°C మరియు 61.3°C వద్ద రెండు చిన్న శిఖరాలను చూపించింది, ఇది జింక్ సల్ఫేట్ హైడ్రేట్ ఉనికిని సూచిస్తుంది. ప్రయోగంలో వెల్లడైన ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం 150°C నిర్జలీకరణ ఉష్ణోగ్రత వద్ద 10.9 గ్రా/మీ2కు అనుగుణంగా ఉంది.
మునుపటి అప్లికేషన్53లో వలె, సోర్బెంట్ కోటింగ్ యొక్క సంసంజనం మరియు స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరచడానికి హైడ్రాక్సీఇథైల్ సెల్యులోజ్‌ను బైండర్‌గా ఉపయోగించారు. పదార్థ అనుకూలత మరియు శోషణ పనితీరుపై ప్రభావాన్ని TGA ద్వారా అంచనా వేశారు. ఈ విశ్లేషణ మొత్తం ద్రవ్యరాశికి సంబంధించి నిర్వహించబడుతుంది, అనగా నమూనాలో కోటింగ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌గా ఉపయోగించే ఒక మెటల్ ప్లేట్ కూడా ఉంటుంది. ISO2409 స్పెసిఫికేషన్‌లో నిర్వచించిన క్రాస్ నాచ్ టెస్ట్ ఆధారంగా సంసంజనాన్ని పరీక్షిస్తారు (స్పెసిఫికేషన్ మందం మరియు వెడల్పును బట్టి నాచ్ సెపరేషన్ స్పెసిఫికేషన్‌కు అనుగుణంగా ఉండదు).
ప్యానెళ్లకు కాల్షియం క్లోరైడ్ (CaCl2) పూత వేయడం (పటం 8a చూడండి) వల్ల అసమాన పంపిణీ జరిగింది, ఇది ట్రాన్స్‌వర్స్ నాచ్ పరీక్ష కోసం ఉపయోగించిన స్వచ్ఛమైన అల్యూమినియం పూతలో గమనించబడలేదు. స్వచ్ఛమైన CaCl2 ఫలితాలతో పోల్చినప్పుడు, TGA (పటం 8b) వరుసగా 40 మరియు 20°C తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వైపుకు మారిన రెండు లక్షణ శిఖరాలను చూపిస్తుంది. క్రాస్-సెక్షన్ పరీక్ష ఒక నిష్పాక్షిక పోలికకు అనుమతించదు ఎందుకంటే స్వచ్ఛమైన CaCl2 నమూనా (పటం 8cలో కుడి వైపున ఉన్న నమూనా) ఒక పొడి అవక్షేపం, ఇది పై పొరలోని కణాలను తొలగిస్తుంది. HEC ఫలితాలు సంతృప్తికరమైన సంసంజనంతో చాలా పలుచని మరియు ఏకరీతి పూతను చూపించాయి. పటం 8bలో చూపిన ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం 150°C ఉష్ణోగ్రత వద్ద శోషకం యొక్క యూనిట్ వైశాల్యానికి 51.3 గ్రా/మీ2కు అనుగుణంగా ఉంటుంది.
మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ (MgSO4) తో కూడా అతుక్కునే గుణం మరియు ఏకరూపత పరంగా సానుకూల ఫలితాలు లభించాయి (పటం 9 చూడండి). పూత యొక్క డీసోర్ప్షన్ ప్రక్రియ విశ్లేషణలో సుమారు 60°C వద్ద ఒక శిఖరం ఉన్నట్లు తేలింది. ఈ ఉష్ణోగ్రత, స్వచ్ఛమైన లవణాల నిర్జలీకరణంలో కనిపించే ప్రధాన డీసోర్ప్షన్ దశకు అనుగుణంగా ఉంటుంది, ఇది 44°C వద్ద మరొక దశను సూచిస్తుంది. ఇది హెక్సాహైడ్రేట్ నుండి పెంటాహైడ్రేట్‌కు జరిగే పరివర్తనను సూచిస్తుంది మరియు బైండర్‌లతో కూడిన పూతల విషయంలో ఇది కనిపించదు. స్వచ్ఛమైన లవణాన్ని ఉపయోగించి తయారు చేసిన పూతలతో పోలిస్తే, క్రాస్ సెక్షన్ పరీక్షలు మెరుగైన విస్తరణ మరియు అతుక్కునే గుణాన్ని చూపిస్తున్నాయి. TGA-DTCలో గమనించిన ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం, 150°C ఉష్ణోగ్రత వద్ద అధిశోషకం యొక్క ప్రతి యూనిట్ వైశాల్యానికి 18.4 గ్రా/మీ2 కు అనుగుణంగా ఉంది.
ఉపరితల అసమానతల కారణంగా, రెక్కలపై స్ట్రాన్షియం క్లోరైడ్ (SrCl2) పూత అసమానంగా ఉంది (పటం 10a). అయితే, ట్రాన్స్‌వర్స్ నాచ్ పరీక్ష ఫలితాలు ఏకరీతి పంపిణీని మరియు గణనీయంగా మెరుగైన సంసంజనాన్ని చూపించాయి (పటం 10c). TGA విశ్లేషణ బరువులో చాలా చిన్న వ్యత్యాసాన్ని చూపించింది, ఇది లోహ ఉపరితలంతో పోలిస్తే ఉప్పు శాతం తక్కువగా ఉండటం వల్ల అయి ఉండాలి. అయితే, స్వచ్ఛమైన ఉప్పును విశ్లేషించినప్పుడు లభించిన ఉష్ణోగ్రతతో శిఖరం సంబంధం కలిగి ఉన్నప్పటికీ, వక్రరేఖపై ఉన్న మెట్లు నిర్జలీకరణ ప్రక్రియ ఉనికిని సూచిస్తున్నాయి. పటం 10bలో గమనించిన 110°C మరియు 70.2°C వద్ద ఉన్న శిఖరాలు, స్వచ్ఛమైన ఉప్పును విశ్లేషించినప్పుడు కూడా కనుగొనబడ్డాయి. అయితే, స్వచ్ఛమైన ఉప్పులో 50°C వద్ద గమనించిన ప్రధాన నిర్జలీకరణ దశ, బైండర్‌ను ఉపయోగించిన వక్రరేఖలలో ప్రతిబింబించలేదు. దీనికి విరుద్ధంగా, బైండర్ మిశ్రమం 20.2°C మరియు 94.1°C వద్ద రెండు శిఖరాలను చూపించింది, ఇవి స్వచ్ఛమైన ఉప్పు కోసం కొలవబడలేదు (పటం 10b). 150 °C ఉష్ణోగ్రత వద్ద, గమనించిన ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం శోషకం యొక్క యూనిట్ వైశాల్యానికి 7.2 గ్రా/మీ2 కు అనుగుణంగా ఉంటుంది.
HEC మరియు జింక్ సల్ఫేట్ (ZnSO4) కలయిక ఆమోదయోగ్యమైన ఫలితాలను ఇవ్వలేదు (పటం 11). పూత పూసిన లోహం యొక్క TGA విశ్లేషణలో ఎటువంటి నిర్జలీకరణ ప్రక్రియలు వెల్లడి కాలేదు. పూత యొక్క విస్తరణ మరియు అంటుకునే గుణం మెరుగుపడినప్పటికీ, దాని లక్షణాలు ఇంకా అత్యుత్తమ స్థాయికి చాలా దూరంలో ఉన్నాయి.
లోహపు ఫైబర్‌లకు పలుచని మరియు ఏకరీతి పొరను పూయడానికి అత్యంత సులభమైన మార్గం వెట్ ఇంప్రెగ్నేషన్ (పటం 12ఎ), ఇందులో లక్షిత లవణాన్ని తయారుచేయడం మరియు లోహపు ఫైబర్‌లను జల ద్రావణంతో ఇంప్రెగ్నేట్ చేయడం ఉంటాయి.
వెట్ ఇంప్రెగ్నేషన్ కోసం సిద్ధమవుతున్నప్పుడు, రెండు ప్రధాన సమస్యలు ఎదురవుతాయి. ఒకవైపు, సెలైన్ ద్రావణం యొక్క ఉపరితల తన్యత, ద్రవం సచ్ఛిద్ర నిర్మాణంలోకి సరిగ్గా చేరడాన్ని నిరోధిస్తుంది. బయటి ఉపరితలంపై స్ఫటికీకరణ (పటం 12డి) మరియు నిర్మాణం లోపల చిక్కుకున్న గాలి బుడగలను (పటం 12సి) ఉపరితల తన్యతను తగ్గించడం ద్వారా మరియు నమూనాను స్వేదన జలంతో ముందుగా తడపడం ద్వారా మాత్రమే తగ్గించవచ్చు. నిర్మాణం పూర్తిగా నిండి ఉండేలా చూసుకోవడానికి, నమూనాలోని గాలిని తొలగించడం ద్వారా లేదా నిర్మాణంలో ద్రావణ ప్రవాహాన్ని సృష్టించడం ద్వారా బలవంతంగా కరిగించడం ఇతర సమర్థవంతమైన మార్గాలు.
తయారీ సమయంలో ఎదురైన రెండవ సమస్య, ఉప్పులోని కొంత భాగం నుండి పొరను తొలగించడం (పటం 12b చూడండి). ఈ దృగ్విషయం ద్రావణ ఉపరితలంపై పొడి పూత ఏర్పడటంతో వర్గీకరించబడుతుంది, ఇది సంవహన ప్రేరిత ఎండబెట్టడాన్ని ఆపివేసి, వ్యాపన ప్రేరిత ప్రక్రియను ప్రారంభిస్తుంది. రెండవ యంత్రాంగం మొదటిదాని కంటే చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది. ఫలితంగా, తగినంత ఎండబెట్టే సమయం కోసం అధిక ఉష్ణోగ్రత అవసరం, ఇది నమూనా లోపల బుడగలు ఏర్పడే ప్రమాదాన్ని పెంచుతుంది. ఈ సమస్యను గాఢత మార్పు (బాష్పీభవనం)పై కాకుండా, ఉష్ణోగ్రత మార్పుపై ఆధారపడిన స్ఫటికీకరణ యొక్క ప్రత్యామ్నాయ పద్ధతిని ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా పరిష్కరించబడింది (పటం 13లోని MgSO4 ఉదాహరణలో వలె).
MgSO4 ఉపయోగించి శీతలీకరణ సమయంలో స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ మరియు ఘన, ద్రవ దశలను వేరుచేయడం యొక్క రేఖాచిత్ర ప్రాతినిధ్యం.
ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించి గది ఉష్ణోగ్రత (HT) వద్ద లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద సంతృప్త ఉప్పు ద్రావణాలను తయారు చేయవచ్చు. మొదటి సందర్భంలో, ఉష్ణోగ్రతను గది ఉష్ణోగ్రత కంటే తక్కువకు తగ్గించడం ద్వారా స్ఫటికీకరణను ప్రేరేపించారు. రెండవ సందర్భంలో, నమూనాను గది ఉష్ణోగ్రత (RT)కి చల్లబరిచినప్పుడు స్ఫటికీకరణ జరిగింది. ఫలితంగా స్ఫటికాలు (B) మరియు కరిగిన పదార్థం (A) మిశ్రమం ఏర్పడుతుంది, దీనిలోని ద్రవ భాగాన్ని సంపీడన గాలి ద్వారా తొలగిస్తారు. ఈ విధానం ఈ హైడ్రేట్‌లపై పొర ఏర్పడటాన్ని నివారించడమే కాకుండా, ఇతర మిశ్రమాల తయారీకి అవసరమైన సమయాన్ని కూడా తగ్గిస్తుంది. అయితే, సంపీడన గాలి ద్వారా ద్రవాన్ని తొలగించడం ఉప్పు యొక్క అదనపు స్ఫటికీకరణకు దారితీస్తుంది, ఫలితంగా మందమైన పూత ఏర్పడుతుంది.
లోహ ఉపరితలాలకు పూత పూయడానికి ఉపయోగించే మరో పద్ధతి, రసాయన చర్యల ద్వారా లక్షిత లవణాలను నేరుగా ఉత్పత్తి చేయడం. మా మునుపటి అధ్యయనంలో నివేదించినట్లుగా, ఫిన్‌లు మరియు ట్యూబ్‌ల లోహ ఉపరితలాలపై ఆమ్లాల చర్య ద్వారా తయారు చేయబడిన పూత పూసిన హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్‌లు అనేక ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి. ఈ పద్ధతిని ఫైబర్‌లకు వర్తింపజేయడం వల్ల, చర్య సమయంలో వాయువులు ఏర్పడటం వలన చాలా పేలవమైన ఫలితాలు వచ్చాయి. ప్రోబ్ లోపల హైడ్రోజన్ వాయు బుడగల పీడనం పెరుగుతుంది మరియు ఉత్పత్తి బయటకు వెలువడినప్పుడు అది మారుతుంది (Fig. 14a).
పూత యొక్క మందం మరియు విస్తరణను మెరుగ్గా నియంత్రించడానికి, ఒక రసాయన చర్య ద్వారా పూతను సవరించడం జరిగింది. ఈ పద్ధతిలో నమూనా గుండా ఆమ్లపు పొగ ప్రవాహాన్ని పంపడం జరుగుతుంది (పటం 14బి). దీని ఫలితంగా ఆధార లోహంతో చర్య జరిగి, ఏకరీతి పూత ఏర్పడుతుందని ఆశించబడింది. ఫలితాలు సంతృప్తికరంగా ఉన్నాయి, కానీ ఈ ప్రక్రియ చాలా నెమ్మదిగా ఉండటం వల్ల దీనిని ఒక సమర్థవంతమైన పద్ధతిగా పరిగణించలేము (పటం 14సి). స్థానికంగా వేడి చేయడం ద్వారా తక్కువ చర్య సమయాలను సాధించవచ్చు.
పైన పేర్కొన్న పద్ధతుల యొక్క ప్రతికూలతలను అధిగమించడానికి, అంటుకునే పదార్థాల (అడెసివ్స్) వాడకంపై ఆధారపడిన ఒక పూత పద్ధతిని అధ్యయనం చేయడం జరిగింది. మునుపటి విభాగంలో సమర్పించిన ఫలితాల ఆధారంగా HECని ఎంపిక చేయడం జరిగింది. అన్ని నమూనాలను 3% బరువు (wt.) వద్ద తయారుచేయడం జరిగింది. బైండర్‌ను ఉప్పుతో కలుపుతారు. రిబ్స్‌కు అనుసరించిన అదే విధానం ప్రకారం ఫైబర్‌లకు కూడా ప్రీట్రీట్‌మెంట్ చేయడం జరిగింది, అంటే 15 నిమిషాల పాటు 50% ఘనపరిమాణం గల సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంలో నానబెట్టి, ఆ తర్వాత 20 సెకన్ల పాటు సోడియం హైడ్రాక్సైడ్‌లో నానబెట్టి, స్వేదన జలంలో కడిగి, చివరగా 30 నిమిషాల పాటు స్వేదన జలంలో నానబెట్టారు. ఈ సందర్భంలో, ఇంప్రెగ్నేషన్‌కు ముందు ఒక అదనపు దశను జోడించడం జరిగింది. నమూనాను పలుచని టార్గెట్ సాల్ట్ ద్రావణంలో కొద్దిసేపు ముంచి, సుమారుగా 60°C వద్ద ఆరబెట్టాలి. ఈ ప్రక్రియ లోహం యొక్క ఉపరితలాన్ని సవరించడానికి రూపొందించబడింది, ఇది తుది దశలో పూత యొక్క విస్తరణను మెరుగుపరిచే న్యూక్లియేషన్ సైట్‌లను సృష్టిస్తుంది. ఫైబరస్ నిర్మాణంలో ఒక వైపు ఫిలమెంట్లు పలుచగా మరియు గట్టిగా ప్యాక్ చేయబడి ఉంటాయి, మరియు ఎదురు వైపు ఫిలమెంట్లు మందంగా మరియు తక్కువగా విస్తరించి ఉంటాయి. ఇది 52 తయారీ ప్రక్రియల ఫలితం.
కాల్షియం క్లోరైడ్ (CaCl2) యొక్క ఫలితాలు పట్టిక 1లో సంగ్రహించబడి, చిత్రాలతో వివరించబడ్డాయి. పూత వేసిన తర్వాత మంచి కవరేజ్ లభించింది. ఉపరితలంపై కనిపించే స్ఫటికాలు లేని పోగులలో కూడా లోహపు ప్రతిబింబాలు తగ్గాయి, ఇది ముగింపులో మార్పును సూచిస్తుంది. అయితే, నమూనాలను CaCl2 మరియు HEC యొక్క జల మిశ్రమంతో నానబెట్టి, సుమారు 60°C ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఆరబెట్టిన తర్వాత, పూతలు నిర్మాణాల ఖండనల వద్ద కేంద్రీకృతమయ్యాయి. ఇది ద్రావణం యొక్క ఉపరితల తన్యత వలన కలిగే ప్రభావం. నానబెట్టిన తర్వాత, దాని ఉపరితల తన్యత కారణంగా ద్రవం నమూనా లోపల ఉంటుంది. ప్రాథమికంగా ఇది నిర్మాణాల ఖండనల వద్ద జరుగుతుంది. నమూనా యొక్క ఉత్తమ భాగంలో ఉప్పుతో నిండిన అనేక రంధ్రాలు ఉన్నాయి. పూత వేసిన తర్వాత బరువు 0.06 గ్రా/సెంమీ³ పెరిగింది.
మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ (MgSO4) తో పూత పూయడం వలన యూనిట్ ఘనపరిమాణానికి ఎక్కువ ఉప్పు ఉత్పత్తి అయింది (పట్టిక 2). ఈ సందర్భంలో, కొలవబడిన పెరుగుదల 0.09 గ్రా/సెంమీ³గా ఉంది. సీడింగ్ ప్రక్రియ నమూనాపై విస్తృతమైన పూతకు దారితీసింది. పూత ప్రక్రియ తర్వాత, ఉప్పు నమూనా యొక్క పలుచని వైపున ఉన్న పెద్ద ప్రాంతాలను అడ్డుకుంటుంది. అదనంగా, మాట్ యొక్క కొన్ని ప్రాంతాలు అడ్డుకోబడ్డాయి, కానీ కొంత సూక్ష్మరంధ్రత నిలుపుకోబడింది. ఈ సందర్భంలో, నిర్మాణాల ఖండన వద్ద ఉప్పు ఏర్పడటం సులభంగా గమనించవచ్చు, ఇది పూత ప్రక్రియ ప్రధానంగా ద్రవం యొక్క ఉపరితల తన్యత కారణంగానే జరుగుతుందని, ఉప్పు మరియు లోహ ఉపరితలం మధ్య పరస్పర చర్య వల్ల కాదని నిర్ధారిస్తుంది.
స్ట్రాన్షియం క్లోరైడ్ (SrCl2) మరియు HEC కలయిక ఫలితాలు మునుపటి ఉదాహరణల మాదిరిగానే లక్షణాలను చూపించాయి (పట్టిక 3). ఈ సందర్భంలో, నమూనా యొక్క పలుచని వైపు దాదాపు పూర్తిగా కప్పబడి ఉంటుంది. నమూనా నుండి ఆవిరి విడుదల కావడం వల్ల ఎండబెట్టే సమయంలో ఏర్పడిన విడివిడి రంధ్రాలు మాత్రమే కనిపిస్తాయి. మాట్ వైపున గమనించిన నమూనా మునుపటి సందర్భానికి చాలా పోలి ఉంటుంది, ఆ ప్రాంతం ఉప్పుతో నిరోధించబడింది మరియు ఫైబర్‌లు పూర్తిగా కప్పబడలేదు.
హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్ యొక్క ఉష్ణ పనితీరుపై ఫైబరస్ నిర్మాణం యొక్క సానుకూల ప్రభావాన్ని అంచనా వేయడానికి, పూత పూసిన ఫైబరస్ నిర్మాణం యొక్క ప్రభావవంతమైన ఉష్ణ వాహకతను నిర్ధారించి, స్వచ్ఛమైన పూత పదార్థంతో పోల్చడం జరిగింది. తెలిసిన ఉష్ణ వాహకత కలిగిన ఒక రిఫరెన్స్ మెటీరియల్‌ను ఉపయోగించి, చిత్రం 15aలో చూపిన ఫ్లాట్ ప్యానెల్ పరికరం ద్వారా ASTM D 5470-2017 ప్రకారం ఉష్ణ వాహకతను కొలవడం జరిగింది. ఇతర తాత్కాలిక కొలత పద్ధతులతో పోలిస్తే, ప్రస్తుత అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన పోరస్ పదార్థాలకు ఈ సూత్రం ప్రయోజనకరమైనది, ఎందుకంటే కొలతలు స్థిరమైన స్థితిలో మరియు తగినంత నమూనా పరిమాణంతో (బేస్ వైశాల్యం 30 × 30 mm2, ఎత్తు సుమారుగా 15 mm) నిర్వహించబడతాయి. అనైసోట్రోపిక్ ఉష్ణ వాహకత ప్రభావాన్ని అంచనా వేయడానికి, స్వచ్ఛమైన పూత పదార్థం (రిఫరెన్స్) మరియు పూత పూసిన ఫైబర్ నిర్మాణం యొక్క నమూనాలను ఫైబర్ దిశలో మరియు ఫైబర్ దిశకు లంబంగా కొలతల కోసం తయారుచేయడం జరిగింది. నమూనా తయారీ కారణంగా ఏర్పడే ఉపరితల గరుకుదనం ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి నమూనాల ఉపరితలాన్ని (P320 గ్రిట్) గ్రైండ్ చేయడం జరిగింది, ఎందుకంటే ఈ గరుకుదనం నమూనాలోని నిర్మాణాన్ని ప్రతిబింబించదు.