Nature.com saýtyna gireniňiz üçin sag boluň. Ulanýan brauzeriňiziň wersiýasynda CSS goldawy çäkli. Iň gowy tejribe üçin täzelenen brauzer ulanmagyňyzy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gatnaşyklyk Režimini öçüriň). Şol bir wagtyň özünde, yzygiderli goldawy üpjün etmek üçin saýty stillersiz we JavaScript-siz görkezeris.
Adsorbsiýa sowadyjy ulgamlarynyň we ýylylyk nasoslarynyň bazar paýy däp bolan kompressor ulgamlary bilen deňeşdirilende henizem az. Arzan ýylylygy ulanmagyň (gymmat elektrik işleriniň ýerine) uly artykmaçlygyna garamazdan, adsorbsiýa ýörelgelerine esaslanýan ulgamlary ornaşdyrmak henizem birnäçe anyk ulanylyşlar bilen çäklenýär. Aradan aýrylmaly esasy kemçilik, pes ýylylyk geçirijiligi we adsorbentiň pes durnuklylygy sebäpli aýratyn kuwwatyň azalmagydyr. Häzirki zaman söwda adsorbsiýa sowadyjy ulgamlary sowadyş kuwwatyny optimizirlemek üçin örtülen plastinka ýylylyk çalşyjylaryna esaslanýan adsorberlere esaslanýar. Netijeler örtügiň galyňlygyny azaltmagyň massa geçirijilik impedansynyň azalmagyna getirýändigi we geçiriji gurluşlaryň ýüz meýdanynyň göwrüm gatnaşygyny artdyrmagyň netijelilige zyýan ýetirmezden kuwwaty artdyrýandygy mälimdir. Bu işde ulanylýan metal süýümleri 2500–50,000 m2/m3 aralygynda aýratyn ýüz meýdanyny üpjün edip biler. Örtükleri öndürmek üçin metal süýümleri bilen birlikde metal ýüzlerinde duz gidratlarynyň örän inçe, ýöne durnukly örtüklerini almagyň üç usuly ilkinji gezek ýokary kuwwatly dykyzlykly ýylylyk çalşyjysyny görkezýär. Alýumini anodizasiýa esaslanýan ýüzleý işleme örtük bilen substratyň arasynda has berk baglanyşyk döretmek üçin saýlanýar. Netijede ýüzeniň mikrostruktury skanerleýji elektron mikroskopiýa arkaly seljerildi. Synagda islenýän görnüşleriň bardygyny barlamak üçin azaldylan umumy şöhlelenme Furýe transformasiýasy infragyzyl spektroskopiýasy we energiýa dispersiýa rentgen spektroskopiýasy ulanyldy. Olaryň gidratlary emele getirmek ukyby birleşdirilen termograwimetriki analiz (TGA) / differensial termograwimetriki analiz (DTG) arkaly tassyklanyldy. MgSO4 örtüginde 0,07 g (suw) / g (kompozit)-den ýokary pes hilli maddalar tapyldy, olar takmynan 60 °C-da suwsuzlanma alamatlaryny görkezýär we gaýtadan suwlandyrmadan soň gaýtalanyp bolýar. Şeýle hem, 100 °C-den aşakda takmynan 0,02 g/g massa tapawudy bilen SrCl2 we ZnSO4 bilen oňyn netijeler gazanyldy. Örtügiň durnuklylygyny we ýelmeşmegini ýokarlandyrmak üçin goşundy hökmünde gidroksietilselluloza saýlanyldy. Önümleriň adsorbsiýa häsiýetleri bir wagtda TGA-DTG arkaly bahalandyryldy we olaryň ýelmeşmegi ISO2409-da beýan edilen synaglara esaslanýan usul bilen häsiýetlendirildi. CaCl2 örtüginiň konsistensiýasy we ýelmeşmegi 100 °C-den aşak temperaturada takmynan 0,1 g/g agram tapawudy bilen adsorbsiýa ukybyny saklap, ep-esli gowulaşýar. Mundan başga-da, MgSO4 gidratlary emele getirmek ukybyny saklaýar we 100 °C-den aşak temperaturada 0,04 g/g-den gowrak massa tapawudy görkezýär. Ahyrsoňy, örtülen metal süýümleri barlanýar. Netijeler Al2(SO4)3 bilen örtülen süýüm gurluşynyň netijeli ýylylyk geçirijiliginiň arassa Al2(SO4)3 göwrümine garanyňda 4,7 esse ýokary bolup biljekdigini görkezýär. Öwrenilen örtükleriň örtügi wizual taýdan barlandy we içki gurluşy kese kesişmeleriň mikroskopiki şekili arkaly bahalandyryldy. Takmynan 50 µm galyňlykdaky Al2(SO4)3 örtügi alyndy, ýöne has deň paýlanyş gazanmak üçin umumy proses optimizirlenmelidir.
Adsorbsiýa ulgamlary soňky birnäçe onýyllyklaryň dowamynda däp bolan kompressiýa ýylylyk nasoslaryna ýa-da sowadyjy ulgamlara ekologiýa taýdan arassa alternatiwa hödürleýändigi üçin köp üns çekdi. Rahatlyk standartlarynyň we global ortaça temperaturalaryň ýokarlanmagy bilen, adsorbsiýa ulgamlary ýakyn geljekde gazylyp alynýan ýangyçlara garaşlylygy azaltmagy mümkin. Mundan başga-da, adsorbsiýa sowadyjylaryndaky ýa-da ýylylyk nasoslaryndaky islendik gowulandyrmalar ýylylyk energiýasyny saklamaga geçirilip bilner, bu bolsa esasy energiýany netijeli ulanmak mümkinçiliginiň goşmaça artmagyny aňladýar. Adsorbsiýa ýylylyk nasoslarynyň we sowadyjy ulgamlaryň esasy artykmaçlygy, olaryň pes ýylylyk massasy bilen işläp bilmegidir. Bu olary gün energiýasy ýa-da galyndy ýylylyk ýaly pes temperatura çeşmeleri üçin amatly edýär. Energiýa saklama ulanylyşlary babatda adsorbsiýanyň duýgur ýa-da gizlin ýylylyk saklama bilen deňeşdirilende ýokary energiýa dykyzlygy we az energiýa dargamagy artykmaçlygy bar.
Adsorbsiýa ýylylyk nasoslary we sowadyjy ulgamlar bug kompressiýasyndaky deňdeşleri bilen birmeňzeş termodinamik sikli yzarlaýar. Esasy tapawut kompressor bölekleriniň adsorberler bilen çalşyrylmagydyr. Element ortaça temperaturada pes basyşly sowadyjy buguny adsorbsiýa edip bilýär, hatda suwuklyk sowuk bolsa-da has köp sowadyjy buglanýar. Adsorbsiýanyň entalpiýasyny (ekzotermiýa) aradan aýyrmak üçin adsorberiň yzygiderli sowadylmagyny üpjün etmek zerurdyr. Adsorber ýokary temperaturada gaýtadan dikeldilýär, bu bolsa sowadyjy bugunyň desorbsiýasyna sebäp bolýar. Desorbsiýanyň entalpiýasyny (endotermiýa) üpjün etmek üçin gyzdyrmagy dowam etdirmeli. Adsorbsiýa prosesleri temperatura üýtgemeleri bilen häsiýetlendirilýändigi üçin, ýokary kuwwatlylyk dykyzlygy ýokary ýylylyk geçirijiligini talap edýär. Şeýle-de bolsa, pes ýylylyk geçirijiligi köp ulanylyşlarda esasy kemçilik bolup durýar.
Geçirijiligiň esasy meselesi, adsorbsiýa/desorbsiýa buglarynyň akymyny üpjün edýän daşama ýoluny saklap, onuň ortaça gymmatyny ýokarlandyrmakdyr. Muny gazanmak üçin iki usul ulanylýar: kompozit ýylylyk çalşyjylar we örtülen ýylylyk çalşyjylar. Iň meşhur we üstünlikli kompozit materiallar uglerod esasly goşundylar, ýagny giňeldilen grafit, aktiwleşdirilen uglerod ýa-da uglerod süýümlerini ulanýan materiallardyr. Oliveira we beýlekiler 2 giňeldilen grafit poroşogyny kalsiý hlorid bilen siňdirip, 306 W/kg çenli belli bir sowadyş kuwwaty (SCP) we 0,46 çenli öndürijilik koeffisiýenti (COP) bolan adsorber öndürdiler. Zajaczkowski we beýlekiler 3 giňeldilen grafit, uglerod süýümi we kalsiý hloridiniň umumy geçirijiligi 15 W/mK bolan utgaşmasyny teklip etdiler. Jian we beýlekiler 4 kompozitleri iki tapgyrly adsorbsiýa sowadyş siklinde substrat hökmünde kükürt kislotasy bilen işlenen giňeldilen tebigy grafit (ENG-TSA) bilen synagdan geçirdiler. Model COP-y 0,215-den 0,285-e çenli we SCP-ni 161,4-den 260,74 W/kg-a çenli çaklady.
Iň amatly çözgüt örtülen ýylylyk çalşyjydyr. Bu ýylylyk çalşyjylaryň örtük mehanizmlerini iki kategoriýa bölmek bolýar: göni sintez we ýelmeşdirijiler. Iň üstünlikli usul göni sintez bolup, ol degişli reagentlerden ýylylyk çalşyjylaryň ýüzünde gönüden-göni adsorbsiýa materiallarynyň emele gelmegini öz içine alýar. Sotech5, Fahrenheit GmbH tarapyndan öndürilen birnäçe sowadyjylarda ulanmak üçin örtülen seoliti sintezlemek usulyny patentledi. Şnabel we beýlekiler6, poslamaýan polat bilen örtülen iki seolitiň işini synagdan geçirdiler. Şeýle-de bolsa, bu usul diňe belli bir adsorbentler bilen işleýär, bu bolsa ýelmeşdirijiler bilen örtügi gyzykly alternatiwa edýär. Baglaýjy maddalar, sorbent ýelmeşmegini we/ýa-da massa geçirijiligini goldamak üçin saýlanan passiw maddalardyr, ýöne adsorbsiýada ýa-da geçirijiligi ýokarlandyrmakda hiç hili rol oýnamaýar. Freni we beýlekiler. AQSOA-Z02 seoliti bilen örtülen 7 alýumin ýylylyk çalşyjylary toýun esasly baglaýjy bilen durnuklaşdyryldy. Calabrese we beýlekiler8 polimer baglaýjylar bilen seolit ​​örtükleriniň taýýarlanylmagyny öwrendiler. Ammann we beýlekiler9 poliwinil spirtiniň magnit garyndylaryndan gözenekli seolit ​​örtüklerini taýýarlamak üçin usul teklip etdiler. Alýumin oksidi (alýumin oksidi) adsorberde 10 baglaýjy hökmünde hem ulanylýar. Bilşimiz ýaly, sellýuloza we gidroksietil sellýuloza diňe fiziki adsorbentler bilen bilelikde ulanylýar11,12. Käwagt ýelim boýag üçin ulanylmaýar, ýöne gurluşy 13 özbaşdak gurmak üçin ulanylýar. Alginat polimer matrisalarynyň köp sanly duz gidratlary bilen utgaşmasy guradylanda syzmagyň öňüni alýan we ýeterlik massa geçirijiligini üpjün edýän çeýe kompozit munçuk gurluşlaryny emele getirýär. Bentonit we attapulgit ýaly toýunlar kompozitleri taýýarlamak üçin baglaýjy hökmünde ulanyldy15,16,17. Etilsellýuloza kalsiý hloridini18 ýa-da natriý sulfidini19 mikrokapsulalamak üçin ulanyldy.
Gözenekli metal gurluşly kompozitler goşmaça ýylylyk çalşyjylara we örtülen ýylylyk çalşyjylara bölünip bilner. Bu gurluşlaryň artykmaçlygy ýokary ýörite ýüz meýdanydyr. Bu bolsa adsorbent bilen metalyň arasynda inert massa goşulmazdan has uly kontakt ýüziniň döremegine getirýär, bu bolsa sowadyjy sikliniň umumy netijeliligini peseldýär. Lang we beýlekiler 20 alýumin petek gurluşly seolit ​​adsorberiniň umumy geçirijiligini gowulandyrdylar. Gillerminot we beýlekiler 21 mis we nikel köpügi bilen NaX seolit ​​gatlaklarynyň ýylylyk geçirijiligini gowulandyrdylar. Kompozitler faza üýtgeýän materiallar (PCM) hökmünde ulanylsa-da, Li we beýlekiler 22 we Zhao we beýlekiler 23-iň netijeleri hem himisorbsiýa üçin gyzyklydyr. Olar giňeldilen grafit we metal köpüginiň işini deňeşdirdiler we soňkysynyň diňe korroziýa mesele bolmasa has amatlydygy barada netijä geldiler. Palomba we beýlekiler ýakynda beýleki metal gözenekli gurluşlary deňeşdirdiler24. Wan der Pal we beýlekiler köpüklere goýlan metal duzlaryny öwrendiler25. Öňki ähli mysallar bölejikli adsorbentleriň dykyz gatlaklaryna gabat gelýär. Metal gözenekli gurluşlar adsorberleri örtmek üçin ulanylmaýar, bu bolsa has optimal çözgütdir. Zeolitlere baglanmagyň mysalyny Wittstadt we beýlekiler 26-da tapyp bolýar, ýöne olaryň energiýa dykyzlygy ýokary bolsa-da, duz gidratlaryny baglanmak üçin hiç hili synanyşyk edilmedi 27.
Şeýlelik bilen, bu makalada adsorbent örtüklerini taýýarlamagyň üç usuly öwreniler: (1) baglaýjy örtük, (2) göni reaksiýa we (3) ýüzleý işläp bejermek. Öň habar berlen durnuklylyk we fiziki adsorbentler bilen utgaşykda örtügiň gowy ýelmeşmegi sebäpli gidroksietilselluloza bu işde saýlanan baglaýjy boldy. Bu usul ilki tekiz örtükler üçin öwrenildi we soňra metal süýümli gurluşlara ulanyldy. Öň adsorbent örtükleriniň emele gelmegi bilen himiki reaksiýalaryň mümkinçiliginiň deslapky seljermesi habar berildi. Öňki tejribe indi metal süýümli gurluşlaryň örtügine geçirilýär. Bu iş üçin saýlanan ýüzleý işläp bejermek alýuminiý anodizasiýasyna esaslanýan usuldyr. Alýuminiý anodizasiýa estetiki maksatlar üçin metal duzlary bilen üstünlikli utgaşdyryldy29. Bu ýagdaýlarda örän durnukly we korroziýa garşy örtükler alnyp bilner. Şeýle-de bolsa, olar hiç hili adsorbsiýa ýa-da desorbsiýa prosesini amala aşyryp bilmeýärler. Bu makalada asyl prosesiň ýelmeşdiriji häsiýetlerini ulanyp, massanyň hereket etmegine mümkinçilik berýän bu usulyň bir görnüşi hödürlenýär. Bilşimiz ýaly, bu ýerde beýan edilen usullaryň hiç biri öň öwrenilmedi. Olar örän gyzykly täze tehnologiýany görkezýär, sebäbi olar ýygy-ýygydan öwrenilýän fiziki adsorbentlere garanyňda birnäçe artykmaçlyklara eýe bolan gidratlaşdyrylan adsorbent örtükleriniň emele gelmegine mümkinçilik berýär.
Bu tejribeler üçin substrat hökmünde ulanylan möhürlenen alýumin plitalar Çehiýa Respublikasynyň ALINVEST Břidličná kompaniýasy tarapyndan üpjün edildi. Olaryň düzüminde 98,11% alýumin, 1,3622% demir, 0,3618% marganes we mis, magniý, kremniý, titan, sink, hrom we nikeliň yzlary bar.
Kompozitleri öndürmek üçin saýlanan materiallar olaryň termodinamik häsiýetlerine laýyklykda, ýagny 120°C-den aşak temperaturada adsorbsiýa edip/desorbsiýa edip bilýän suwuň mukdaryna baglylykda saýlanýar.
Magniý sulfaty (MgSO4) iň gyzykly we öwrenilen gidratlanan duzlaryň biridir30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Termodinamik häsiýetler ulgamlaýyn ölçenildi we adsorbsiýa sowadyjylarynda, ýylylyk nasoslarynda we energiýa saklamak ulgamlarynda ulanmak üçin amatlydygy anyklandy. Gury magniý sulfaty CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germaniýa) ulanyldy.
Kalsiý hlorid (CaCl2) (H319) başga bir gowy öwrenilen duzdyr, sebäbi onuň gidraty gyzykly termodinamik häsiýetlere eýedir41,42,43,44. Kalsiý hlorid geksagidrat CAS-No. 7774-34-7 97% ulanyldy (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germaniýa).
Sink sulfaty (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) we onuň gidratlary pes temperatura adsorbsiýa prosesleri üçin amatly termodinamik häsiýetlere eýedir45,46. Sink sulfat geptahidraty CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germaniýa) ulanyldy.
Stronsiý hlorid (SrCl2) (H318) hem gyzykly termodinamiki häsiýetlere eýedir4,45,47, emma ol köplenç adsorbsiýa ýylylyk nasosynda ýa-da energiýa saklamak barlaglarynda ammiak bilen utgaşdyrylýar. Sintez üçin Stronsiý hlorid geksagidrat CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, Sent-Luis, Missuri, ABŞ) ulanyldy.
Mis sulfaty (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) professional edebiýatda ýygy-ýygydan duş gelýän gidratlaryň arasynda däl, emma onuň termodinamik häsiýetleri pes temperatura ulanylyşlary üçin gyzyklydyr48,49. Sintez üçin mis sulfaty CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, Sent-Luis, MO, ABŞ) ulanyldy.
Magniý hlorid (MgCl2) soňky döwürde ýylylyk energiýasyny saklamak ulgamynda has köp üns berilýän gidratlanan duzlaryň biridir50,51. Synaglar üçin magniý hlorid geksagidrat CAS-Nr.7791-18-6 arassa derman görnüşli (Applichem GmbH., Darmştadt, Germaniýa) ulanyldy.
Ýokarda agzalyp geçilişi ýaly, gidroksietil sellýuloza meňzeş ulanylyşlarda oňyn netijeler bolandygy sebäpli saýlanyldy. Sintezimizde ulanylýan material gidroksietil sellýuloza CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, Sent-Luis, MO, ABŞ).
Metall süýümleri gysyş we bişiriş arkaly birleşdirilen gysga simlerden ýasalýar, bu proses tigel ereme ekstraksiýasy (CME)52 diýlip atlandyrylýar. Bu olaryň ýylylyk geçirijiliginiň diňe önümçilikde ulanylýan metallaryň göwrüm geçirijiligine we gutarnykly gurluşyň gözenekliligine däl, eýsem sapaklaryň arasyndaky baglanyşyklaryň hiline hem baglydygyny aňladýar. Süýümler izotrop däl we önümçilik wagtynda belli bir ugurda paýlanmaga meýilli, bu bolsa köndelen ugurda ýylylyk geçirijiligini has pes edýär.
Suwuň siňdiriş häsiýetleri wakuum gaplamasynda (Netzsch TG 209 F1 Libra) bir wagtyň özünde termograwimetriki analiz (TGA) / differensial termograwimetriki analiz (DTG) ulanylyp öwrenildi. Ölçegler akymly azot atmosferasynda 10 ml/min akym tizliginde we alýumin oksidi tigellerinde 25-den 150°C-e çenli temperatura aralygynda geçirildi. Gyzdyryş tizligi 1 °C/min, nusganyň agramy 10-dan 20 mg-a çenli üýtgedi, çözgüdi 0,1 mkg boldy. Bu işde, birlik ýüzüne düşýän massa tapawudynyň uly näbellilige eýedigini bellemeli. TGA-DTG-de ulanylýan nusgalar örän kiçi we düzgünsiz kesilen, bu bolsa olaryň meýdanyny kesgitlemegi nädogry edýär. Bu gymmatlyklar diňe uly üýtgeşmeler hasaba alnanda has uly meýdana ekstrapolýasiýa edilip bilner.
Ýumşaklaşdyrylan umumy şöhlelenme Furýe öwrüliş infragyzyl (ATR-FTIR) spektrleri Bruker Vertex 80 v FTIR spektrometrinde (Bruker Optik GmbH, Leýpsig, Germaniýa) ATR platina aksesuary (Bruker Optik GmbH, Germaniýa) ulanylyp alyndy. Arassa gurak almaz kristallarynyň spektrleri tejribe ölçegleri üçin fon hökmünde nusgalary ulanmazdan öň gönüden-göni wakuumda ölçeldi. Nusgalar wakuumda 2 sm-1 spektral çözgüdi we ortaça 32 skanirleme sany ulanylyp ölçeldi. Tolkun sany 8000-den 500 sm-1-e çenli. Spektral analiz OPUS programmasy arkaly geçirildi.
SEM analizi Zeiss kompaniýasynyň DSM 982 Gemini ulanyp, 2 we 5 kV tizlendiriji naprýaženiýelerde geçirildi. Energiýa dispersiýa rentgen spektroskopiýasy (EDX) Peltier sowadyjy kremniý drift detektory (SSD) bolan Thermo Fischer System 7 ulanyp geçirildi.
Metall plitalary taýýarlamak 53-nji bölümde beýan edilen usula meňzeş usulda amala aşyryldy. Ilki bilen, plastinka 50% kükürt kislotasyna 15 minut batyrylýar. Soňra olar 1 M natriý gidroksid erginine takmynan 10 sekuntlap ​​girizilýär. Soňra nusgalar köp mukdarda distillenen suw bilen ýuwulýar we soňra distillenen suwda 30 minutlap batyrylýar. Öňünden ýüzleý işlenilenden soň, nusgalar 3% doýgun erginine batyrylýar. HEC we nyşana duzy. Ahyrsoňy, olary çykaryp, 60°C-de guradylýar.
Anodizasiýa usuly passiw metalyň üstündäki tebigy oksid gatlagyny güýçlendirýär we berkidýär. Alýumin paneller berkiden ýagdaýda kükürt turşusy bilen anodizasiýa edildi we soňra gyzgyn suwda möhürlendi. Anodizasiýa 1 mol/l NaOH (600 s) bilen başlangyç aşındyrmadan soň, soňra 1 mol/l HNO3 (60 s) bilen neýtralizasiýa edildi. Elektrolit ergini 2.3 M H2SO4, 0.01 M Al2(SO4)3 we 1 M MgSO4 + 7H2O garyndysydyr. Anodizasiýa (40 ± 1)°C, 30 mA/sm2 temperaturada 1200 sekuntlap ​​geçirildi. Möhürleme prosesi materiallarda beýan edilişi ýaly dürli duzly erginlerde (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2) geçirildi. Nusga onda 1800 sekuntlap ​​gaýnadylýar.
Kompozitleri öndürmegiň üç dürli usuly öwrenildi: ýelmeşdiriji örtük, göni reaksiýa we ýüzleý işläp bejermek. Her bir okuw usulynyň artykmaçlyklary we kemçilikleri ulgamlaýyn seljerilýär we ara alnyp maslahatlaşylýar. Netijeleri bahalandyrmak üçin göni gözegçilik, nanosuratlar we himiki/element analiz ulanyldy.
Duz gidratlarynyň ýelmeşmegini ýokarlandyrmak üçin konwersiýa ýüzleý işläp bejeriş usuly hökmünde anodizasiýa saýlanyldy. Bu ýüzleý işläp bejeriş alýumin ýüzünde gönüden-göni alýumin oksidiniň (alýumin oksidiniň) gözenekli gurluşyny döredýär. Adatça, bu usul iki tapgyrdan ybarat: birinji tapgyr alýumin oksidiniň gözenekli gurluşyny döredýär, ikinji tapgyr bolsa gözenekleri ýapýan alýumin gidroksidiniň örtügini döredýär. Gaz fazasyna girişi ýapmazdan duzy ýapmagyň iki usuly aşakda görkezilen. Birinjisi, adsorbent kristallaryny saklamak we onuň metal ýüzlere ýelmeşmegini ýokarlandyrmak üçin birinji tapgyrda alnan kiçi alýumin oksidi (Al2O3) turbalaryny ulanýan petek ulgamyndan ybaratdyr. Netijede dörän petekleriň diametri takmynan 50 nm we uzynlygy 200 nm (1a surat). Öň belläp geçişimiz ýaly, bu boşluklar, adatça, ikinji tapgyrda alýumin oksidiniň gaýnatma prosesi bilen goldanylýan Al2O(OH)2 boehmitiniň inçe gatlagy bilen ýapylýar. Ikinji usulda, bu möhürleme prosesi duz kristallarynyň deň örtükli boehmit gatlagynda (Al2O(OH)) tutulmagy üçin şeýle üýtgedilýär, bu bolsa bu ýagdaýda möhürlemek üçin ulanylmaýar. Ikinji tapgyr degişli duzuň doýgun ergininde geçirilýär. Beýan edilen nusgalaryň ölçegleri 50–100 nm aralygynda we çaýylan damjalara meňzeýär (1b-nji surat). Möhürleme prosesiniň netijesinde alnan ýüz, kontakt meýdany artan aýdyň giňişlik gurluşyna eýedir. Bu ýüz nusgasy, köp sanly baglanyş konfigurasiýalary bilen birlikde, duz kristallaryny daşamak we saklamak üçin idealdyr. Beýan edilen iki gurluş hem hakykatdanam gözenekli bolup görünýär we adsorberiň işlemegi wagtynda duz gidratlaryny saklamak we buglary duza adsorbsiýa etmek üçin gowy laýyk gelýän kiçi boşluklara eýedir. Şeýle-de bolsa, EDX ulanyp, bu ýüzleriň element analizi boehmitiň ýüzünde magniý we kükürdiň yz mukdaryny anyklap biler, olar bolsa alýumin okisli ýüzünde anyklanmaýar.
Nusganyň ATR-FTIR elementiň magniý sulfatydygyny tassyklady (2b surata serediň). Spektrde 610–680 we 1080–1130 sm–1-de häsiýetli sulfat ion pikleri we 1600–1700 sm–1 we 3200–3800 sm–1-de häsiýetli tor suw pikleri görkezilýär (2a, c surata serediň). Magniý ionlarynyň bolmagy spektri diýen ýaly üýtgetmeýär54.
(a) Boehmit bilen örtülen MgSO4 alýumin plastinkasynyň EDX-i, (b) Boehmit we MgSO4 örtükleriniň ATR-FTIR spektrleri, (c) Arassa MgSO4-iň ATR-FTIR spektrleri.
Adsorbsiýanyň netijeliliginiň saklanmagy TGA tarapyndan tassyklanyldy. 3b-nji suratda takmynan 60°C desorbsiýanyň pik derejesi görkezilýär. Bu pik arassa duzuň TGA-synda syn edilen iki pikiň temperaturasyna gabat gelmeýär (3a-njy surat). Adsorbsiýa-desorbsiýa sikliniň gaýtalanmagy bahalandyryldy we nusgalar çygly atmosferada ýerleşdirilenden soň şol bir egrilik syn edildi (3c-nji surat). Desorbsiýanyň ikinji tapgyrynda syn edilen tapawutlar akymly atmosferada suwsuzlanmanyň netijesi bolup biler, sebäbi bu köplenç doly däl suwsuzlanmaga getirýär. Bu gymmatlyklar birinji suwsuzlanmada takmynan 17,9 g/m2 we ikinji suwsuzlanmada 10,3 g/m2-e gabat gelýär.
Boehmitiň we MgSO4-iň TGA analiziniň deňeşdirilmegi: Arassa MgSO4-iň (a), garyndynyň (b) we gaýtadan suwlandyrmadan soňky (c) TGA analizi.
Şol bir usul adsorbent hökmünde kalsiý hlorid bilen hem geçirildi. Netijeler 4-nji suratda görkezilen. Ýüzüň wizual barlagy metal ýalpyldawugynda kiçi üýtgeşmeleri ýüze çykardy. Ýüňler asla görünmeýär. SEM ýüzünde deň derejede paýlanan kiçi kristallaryň bardygyny tassyklady. Şeýle-de bolsa, TGA 150°C-den aşak temperaturada suwsuzlanma görkezmedi. Bu, duzuň paýynyň substratyň umumy massasyna garanyňda TGA arkaly anyklamak üçin gaty az bolmagy bilen baglanyşykly bolup biler.
Mis sulfat örtüginiň anodizasiýa usuly bilen ýüzleý işlenilmeginiň netijeleri 5-nji suratda görkezilen. Bu ýagdaýda, CuSO4-iň Al oksid gurluşyna goşulmagy garaşylmady. Onuň ýerine, boş iňňeler syn edilýär, sebäbi olar adaty firuze boýaglary bilen ulanylýan mis gidroksid Cu(OH)2 üçin ulanylýar.
Anodlaşdyrylan ýüzleý işleme stronsiý hlorid bilen bilelikde synagdan geçirildi. Netijeler deň däl örtük görkezdi (6a surata serediň). Duzuň tutuş ýüzi örtendigini ýa-da örtmändigini anyklamak üçin EDX analizi geçirildi. Çal zolakdaky nokadyň egrisi (6b suratdaky 1-nji nokat) stronsiýiň az we alýuminiýiň köpdigini görkezýär. Bu ölçenen zolakda stronsiýiň az mukdaryny görkezýär, bu bolsa öz gezeginde stronsiý hloridiň az örtülendigini görkezýär. Tersine, ak zolaklarda stronsiýiň köp mukdary we alýuminiýiň az mukdary bar (6b suratdaky 2-6 nokatlar). Ak zolakdaky EDX analizi garaňky nokatlary (6b suratdaky 2 we 4 nokatlar), hloryň az we kükürdiň ýokarydygyny görkezýär. Bu stronsiý sulfatynyň emele gelmegini görkezip biler. Has ýagty nokatlar ýokary hlor mukdaryny we pes kükürt mukdaryny görkezýär (6b suratdaky 3, 5 we 6 nokatlar). Muny ak örtügiň esasy böleginiň garaşylýan stronsiý hloridinden ybaratdygy bilen düşündirip bolýar. Nusganyň TGA-sy arassa stronsiý hloridiň häsiýetli temperaturasynda iň ýokary derejä ýetmek bilen analiziň düşündirişini tassyklady (6c-nji surat). Olaryň kiçi gymmatyny metal daýanjyň massasy bilen deňeşdirilende duzuň kiçi bölegi bilen esaslandyryp bolýar. Tejribelerde kesgitlenen desorbsiýa massasy 150°C temperaturada adsorberiň birlik meýdanyndan bölünip çykýan 7,3 g/m2 mukdaryna gabat gelýär.
Eloksal bilen işlenen sink sulfat örtükleri hem synagdan geçirildi. Makroskopik taýdan örtük örän inçe we birmeňzeş gatlakdyr (7a-njy surat). Şeýle-de bolsa, SEM boş ýerler bilen bölünen kiçi kristallar bilen örtülen ýüz meýdanyny ýüze çykardy (7b-nji surat). Örtügiň we substratyň TGA-sy arassa duzuňky bilen deňeşdirildi (7c-nji surat). Arassa duzuň 59.1°C-da bir assimetrik depesi bar. Örtülen alýumin 55.5°C we 61.3°C-da iki kiçi depe görkezdi, bu bolsa sink sulfat gidratynyň bardygyny görkezýär. Tejribede ýüze çykarylan massa tapawudy 150°C suwsuzlandyryş temperaturasynda 10.9 g/m2-e gabat gelýär.
Öňki ulanylyşda bolşy ýaly53, gidroksietil sellýuloza sorbent örtüginiň ýelmeşmegini we durnuklylygyny gowulandyrmak üçin baglaýjy hökmünde ulanyldy. Materialyň gabat gelmegi we adsorbsiýa işine täsiri TGA arkaly bahalandyryldy. Analiz umumy massa bilen baglanyşykly geçirilýär, ýagny nusgada örtük substraty hökmünde ulanylýan metal plastinka bar. Ýelmeşme ISO2409 spesifikasiýasynda kesgitlenen çarpaz kesik synagyna esaslanýan synag arkaly barlanýar (spesifikasiýanyň galyňlygyna we giňligine baglylykda kesikleri bölmek spesifikasiýasyna laýyk gelip bilmez).
Panelleri kalsiý hlorid (CaCl2) bilen örtmek (8a-njy surata serediň) deň däl paýlanmaga getirdi, bu bolsa transversal kesik synagy üçin ulanylan arassa alýumin örtüginde görülmedi. Arassa CaCl2 üçin netijeler bilen deňeşdirilende, TGA (8b-nji surat) degişlilikde 40 we 20°C pes temperatura tarap süýşýän iki häsiýetli depeleri görkezýär. Kesiş synagy obýektiw deňeşdirmäge mümkinçilik bermeýär, sebäbi arassa CaCl2 nusgasy (8c-nji suratda sag tarapdaky nusga) iň ýokarky bölejikleri aýyrýan poroşok çökündisidir. HEC netijeleri kanagatlanarly ýelmeşýän örän inçe we deň örtügi görkezdi. 8b-nji suratda görkezilen massa tapawudy 150°C temperaturada adsorberiň birlik meýdany üçin 51,3 g/m2-e deňdir.
Magniý sulfaty (MgSO4) bilen hem ýelmeşmek we deňlik babatda oňyn netijeler gazanyldy (9-njy surata serediň). Örtügiň desorbsiýa prosesiniň seljermesi takmynan 60°C bir depesiniň bardygyny görkezdi. Bu temperatura arassa duzlaryň suwsuzlanmagynda görülýän esasy desorbsiýa tapgyryna gabat gelýär, bu bolsa 44°C-de başga bir tapgyry aňladýar. Ol geksahidratdan pentahidrata geçişe gabat gelýär we baglaýjy maddalar bilen örtülen örtüklerde syn edilmeýär. Kesişme synaglary arassa duz ulanylyp ýasalan örtüklere garanyňda has gowy paýlanyşy we ýelmeşmäni görkezýär. TGA-DTC-de syn edilen massa tapawudy 150°C temperaturada adsorberiň birlik meýdany üçin 18,4 g/m2-e gabat gelýär.
Ýüzleýişiň deňsizligi sebäpli, stronsiý hloridiniň (SrCl2) ganatlarynda deň däl örtük bar (10a-njy surat). Şeýle-de bolsa, transversal kesik synagynyň netijeleri deň paýlanyşy we ýapyşmagy ep-esli gowulandyrdy (10c-nji surat). TGA analizi agramda örän kiçi tapawut görkezdi, bu bolsa metal substrat bilen deňeşdirilende duzuň az mukdary bilen baglanyşykly bolmaly. Şeýle-de bolsa, egridäki basgançaklar suwsuzlanma prosesiniň bardygyny görkezýär, ýöne iň ýokary dereje arassa duzy häsiýetlendirmekde alnan temperatura bilen baglanyşyklydyr. 10b-nji suratlarda syn edilen 110°C we 70.2°C-däki iň ýokary derejeler arassa duzy seljermekde hem tapyldy. Şeýle-de bolsa, 50°C-de arassa duzda syn edilen esasy suwsuzlanma ädimi baglaýjyny ulanýan egrilerde görkezilmedi. Tersine, baglaýjy garyndysy 20.2°C we 94.1°C-de iki iň ýokary derejäni görkezdi, olar arassa duz üçin ölçenmedi (10b-nji surat). 150 °C temperaturada, synlanan massa tapawudy adsorberiň birlik meýdany üçin 7,2 g/m2-e deňdir.
HEC we sink sulfatynyň (ZnSO4) utgaşmasy kabul ederlikli netijeleri bermedi (11-nji surat). Örtülen metalyň TGA analizi hiç hili suwsuzlanma proseslerini ýüze çykarmady. Örtügiň paýlanyşy we ýelmeşmegi gowulaşsa-da, onuň häsiýetleri henizem iň gowy derejeden uzak.
Metall süýümlerini inçe we birmeňzeş gatlak bilen örtmegiň iň ýönekeý usuly çygly impregnasiýadyr (12a-njy surat), ol maksatly duzy taýýarlamakdan we metal süýümlerini suwly ergin bilen impregnasiýa etmekden ybaratdyr.
Çygly siňdirmäge taýýarlanylanda, iki esasy mesele ýüze çykýar. Bir tarapdan, duzly erginiň ýüzleý dartgynlylygy suwuklygyň gözenekli gurluşa dogry goşulmagyna päsgel berýär. Daşky ýüzdäki kristallaşma (12d surat) we gurluşyň içinde galan howa köpürjiklerini (12c surat) diňe ýüzleý dartgynlylygy peseltmek we nusgany distille suw bilen öňünden çyglamak arkaly azaltmak mümkin. Gurluşyň içindeki howany boşadyp çykarmak ýa-da gurluşda ergin akymyny döretmek arkaly nusgada mejbury eremek gurluşyň doly doldurylmagyny üpjün etmegiň beýleki netijeli usullarydyr.
Taýýarlamak wagtynda ýüze çykan ikinji mesele duzuň bir böleginden plýonkanyň aýrylmagy boldy (12b-nji surata serediň). Bu hadysa ereme ýüzünde gurak örtügiň emele gelmegi bilen häsiýetlendirilýär, bu bolsa konwektiw höweslendirilen guradyşy togtadýar we diffuziýa höweslendirilen prosesi başlaýar. Ikinji mehanizm birinjisinden has haýal. Netijede, gurama wagty üçin ýokary temperatura gerek bolýar, bu bolsa nusganyň içinde köpürjikleriň emele gelme howpuny artdyrýar. Bu mesele konsentrasiýanyň üýtgemegine (bugaryş) däl-de, temperaturanyň üýtgemegine esaslanýan alternatiw kristallaşma usulyny girizmek arkaly çözülýär (13-nji suratdaky MgSO4 bilen mysalda bolşy ýaly).
MgSO4 ulanyp, gaty we suwuk fazalary sowatmak we bölmek wagtynda kristallaşma prosesiniň shematiki görkezilişi.
Bu usul arkaly doýgun duz erginlerini otagyň temperaturasynda (OT) ýa-da ondan ýokary derejede taýýarlap bolýar. Birinji ýagdaýda, temperatura otagyň temperaturasyndan aşak düşürmek arkaly kristallaşma mejbur edildi. Ikinji ýagdaýda, nusga otagyň temperaturasyna (OT) çenli sowadylanda kristallaşma ýüze çykdy. Netijede, kristallaryň (B) we ereýänleriň (A) garyndysy emele gelýär, onuň suwuk bölegi basylan howa bilen aýrylýar. Bu usul diňe bir bu gidratlarda plýonkanyň emele gelmeginiň öňüni almak bilen çäklenmän, eýsem beýleki kompozitleri taýýarlamak üçin gerek bolan wagty hem azaldýar. Şeýle-de bolsa, basylan howa bilen suwuklygyň aýrylmagy duzuň goşmaça kristallaşmagyna getirýär we netijede has galyň örtük emele gelýär.
Metall ýüzleri örtmek üçin ulanylyp bilinýän başga bir usul, himiki reaksiýalar arkaly maksatly duzlaryň gönüden-göni öndürilmegini öz içine alýar. Öňki gözlegimizde habar berlişi ýaly, ganatlaryň we turbalaryň metal ýüzlerinde kislotalaryň reaksiýasy arkaly ýasalan örtülen ýylylyk çalşyjylaryň birnäçe artykmaçlyklary bar. Bu usulyň süýümlere ulanylmagy reaksiýa wagtynda gazlaryň emele gelmegi sebäpli örän erbet netijelere getirdi. Wodorod gazynyň köpürjikleriniň basyşy zondyň içinde toplanýar we önüm çykarylanda üýtgeýär (14a-njy surat).
Örtük örtügiň galyňlygyny we paýlanyşyny has gowy gözegçilikde saklamak üçin himiki reaksiýa arkaly üýtgedildi. Bu usul nusgadan kislota dumanynyň akymyny geçirmegi öz içine alýar (14b-nji surat). Munuň substrat metaly bilen reaksiýa arkaly birmeňzeş örtük gazanylmagyna getirmegine garaşylýar. Netijeler kanagatlanarly boldy, ýöne proses netijeli usul hasaplanmak üçin gaty haýal boldy (14c-nji surat). Ýerli gyzdyrmak arkaly has gysga reaksiýa wagtlaryna ýetip bolýar.
Ýokardaky usullaryň kemçiliklerini ýeňip geçmek üçin, ýelmeşdiriji maddalaryň ulanylmagyna esaslanýan örtük usuly öwrenildi. HEC öňki bölümde görkezilen netijelere esaslanyp saýlandy. Ähli nusgalar 3% agramda taýýarlanyldy. Baglaýjy duz bilen garyşdyrylýar. Süýümler gaburgalar üçin bolşy ýaly öňünden işlenildi, ýagny 15 minutda 50% göwrümde çümdürildi, soňra 20 sekuntlap ​​natriý gidroksidinde çümdürildi, distillenen suwda ýuwuldy we ahyrsoňy 30 minutlap distillenen suwda çümdürildi. Bu ýagdaýda, siňdirilmezden öň goşmaça ädim goşuldy. Nusgany gysga wagtlap suwuklandyrylan maksatly duz erginine batyryň we takmynan 60°C-de guradyň. Bu proses metalyň ýüzüni üýtgetmek, soňky tapgyrda örtügiň paýlanyşyny gowulandyrýan ýadro döremek ýerlerini döretmek üçin niýetlenendir. Süýümli gurluşyň bir tarapy filamentleriň inçe we berk ýerleşýän ýeri, beýleki tarapy bolsa filamentleriň galyň we az ýaýran ýeri. Bu 52 önümçilik prosesiniň netijesidir.
Kalsiý hloridiniň (CaCl2) netijeleri 1-nji tablisada jemlenen we suratlar bilen görkezilen. Waksinasiýadan soň gowy örtük. Hatda ýüzünde görünýän kristallary bolmadyk zynjyrlarda hem metal şöhlelenmeleri azaldy, bu bolsa örtügiň üýtgemegini görkezýär. Şeýle-de bolsa, nusgalar CaCl2 we HEC-iň suwly garyndysy bilen siňdirilip, takmynan 60°C temperaturada guradylandan soň, örtükler gurluşlaryň kesişýän ýerlerinde jemlendi. Bu erginiň ýüzleý dartgynlylygy sebäpli ýüze çykýan täsirdir. Çygnalandan soň, suwuklyk ýüzleý dartgynlylygy sebäpli nusganyň içinde galýar. Esasan, bu gurluşlaryň kesişýän ýerinde bolýar. Nusganyň iň gowy tarapynda duz bilen doldurylan birnäçe deşik bar. Örtülenden soň agram 0,06 g/sm3 artdy.
Magniý sulfaty (MgSO4) bilen örtük birlik göwrümde has köp duz öndürdi (2-nji tablisa). Bu ýagdaýda, ölçenen artyş 0,09 g/sm3-e deňdir. Ekmek prosesi nusganyň giň örtügine getirdi. Örtmek prosesinden soň, duz nusganyň inçe tarapynyň uly ýerlerini böwetleýär. Mundan başga-da, matyň käbir ýerleri böwetlenýär, ýöne käbir gözeneklilik saklanýar. Bu ýagdaýda, gurluşlaryň kesişýän ýerinde duzuň emele gelmegi aňsatlyk bilen syn edilýär, bu bolsa örtük prosesiniň esasan suwuklygyň ýüzleý dartgynlylygy sebäpli bolýandygyny, duz bilen metal substratyň arasyndaky özara täsirden däldigini tassyklaýar.
Stronsiý hloridi (SrCl2) we HEC-iň utgaşmasynyň netijeleri öňki mysallara meňzeş häsiýetleri görkezdi (3-nji tablisa). Bu ýagdaýda, nusganyň inçe tarapy diýen ýaly doly örtülen. Diňe aýratyn gözenekler görünýär, olar nusgadan bug çykmagy netijesinde guradylanda emele gelýär. Mat tarapda synlanan nusga öňki ýagdaýa örän meňzeş, ýer duz bilen örtülen we süýümler doly örtülmedik.
Süýümli gurluşyň ýylylyk çalşyjynyň ýylylyk işine oňyn täsirini bahalandyrmak üçin, örtülen süýümli gurluşyň netijeli ýylylyk geçirijiligi kesgitlenildi we arassa örtük materialy bilen deňeşdirildi. Ýylylyk geçirijiligi ASTM D 5470-2017 standartyna laýyklykda 15a suratda görkezilen tekiz panel enjamy arkaly belli ýylylyk geçirijiligi bolan salgylanma materialy ulanylyp ölçeldi. Beýleki geçiş ölçeg usullary bilen deňeşdirilende, bu prinsip häzirki gözlegde ulanylýan gözenekli materiallar üçin peýdalydyr, sebäbi ölçegler durnukly ýagdaýda we ýeterlik nusga ölçegi bilen (esasy meýdan 30 × 30 mm2, beýikligi takmynan 15 mm) geçirilýär. Anizotrop ýylylyk geçirijiliginiň täsirini bahalandyrmak üçin arassa örtük materialynyň (salgylanma) we örtülen süýüm gurluşynyň nusgalary süýümiň ugry boýunça we süýümiň ugry boýunça ölçemek üçin taýýarlanyldy. Nusgalar nusganyň içindäki gurluşy görkezmeýän nusga taýýarlamak sebäpli ýüzeýiň gödekliginiň täsirini azaltmak üçin ýüzeýde üweldildi (P320 çäge).