Nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт. Сез куллана торган браузер версиясендә CSS ярдәме чикләнгән. Иң яхшы тәҗрибә өчен, без сезгә яңартылган браузер кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'да туры килүчәнлек режимын сүндерегез). Шуңа кадәр, ярдәмне дәвам итү өчен, без сайтны стильләрсез һәм JavaScriptсыз күрсәтәчәкбез.
Адсорбцион суыту системалары һәм җылылык насосларының базар өлеше традицион компрессор системалары белән чагыштырганда чагыштырмача аз. Арзан җылылык куллануның зур өстенлегенә карамастан (кыйммәт электр эшләре урынына), адсорбция принципларына нигезләнгән системаларны гамәлгә ашыру әле дә берничә конкрет куллану белән чикләнгән. Төп кимчелек - түбән җылылык үткәрүчәнлеге һәм адсорбентның түбән тотрыклылыгы аркасында чагыштырма куәтнең кимүе. Хәзерге заман коммерция адсорбция суыту системалары суыту куәтен оптимальләштерү өчен капланган пластина җылылык алмаштыргычларына нигезләнгән адсорберларга нигезләнгән. Нәтиҗәләр яхшы билгеле, каплау калынлыгын киметү масса күчерү импедансының кимүенә китерә, ә үткәргеч структураларның өслек мәйданының күләмгә нисбәтен арттыру нәтиҗәлелеккә зыян китермичә куәтне арттыра. Бу эштә кулланылган металл җепселләре 2500–50,000 м2/м3 диапазонында билгеле бер өслек мәйданы бирә ала. Каплау җитештерү өчен металл өслекләрдә, шул исәптән металл җепселләрдә, тоз гидратларының бик юка, ләкин тотрыклы каплауларын алуның өч ысулы беренче тапкыр югары куәт тыгызлыгы булган җылылык алмаштыргычны күрсәтә. Алюминий анодлаштыруга нигезләнгән өслек эшкәртү каплау һәм субстрат арасында ныграк бәйләнеш булдыру өчен сайланган. Нәтиҗәдә барлыкка килгән өслекнең микроструктурасы сканерлаучы электрон микроскопиясе ярдәмендә анализланган. Анализда кирәкле төрләрнең булуын тикшерү өчен тулы чагылышның кимүе белән Фурье трансформациясе белән инфракызыл спектроскопия һәм энергия дисперсиясе белән рентген спектроскопиясе кулланылган. Аларның гидратлар формалаштыру сәләте термогравиметрик анализ (TGA)/дифференциаль термогравиметрик анализ (DTG) белән расланган. MgSO4 каплавында 0,07 г (су)/г (композит) артык сыйфатсыз матдә табылган, ул якынча 60 °C температурада сусызлану билгеләрен күрсәтә һәм регидратациядән соң кабатлана ала. SrCl2 һәм ZnSO4 белән дә уңай нәтиҗәләр алынган, алар 100 °C тан түбән температурада якынча 0,02 г/г масса аермасы белән. Гидроксиэтилцеллюлоза каплауның тотрыклылыгын һәм адгезиясен арттыру өчен өстәмә буларак сайланган. Продукцияләрнең адсорбцион үзлекләре бер үк вакытта TGA-DTG ярдәмендә бәяләнде һәм аларның адгезиясе ISO2409 стандартында тасвирланган сынауларга нигезләнгән ысул белән характерланды. CaCl2 каплавының консистенциясе һәм адгезиясе 100 °C тан түбән температурада якынча 0,1 г/г авырлык аермасы белән адсорбция сәләтен саклап калып, сизелерлек яхшыра. Моннан тыш, MgSO4 гидратлар формалаштыру сәләтен саклый, 100 °C тан түбән температурада 0,04 г/г тан артык масса аермасы күрсәтә. Ниһаять, капланган металл җепселләре тикшерелә. Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, Al2(SO4)3 белән капланган җепсел структурасының нәтиҗәле җылылык үткәрүчәнлеге саф Al2(SO4)3 күләменә караганда 4,7 тапкыр югарырак булырга мөмкин. Тикшерелгән каплауларның каплавы визуаль рәвештә тикшерелде, һәм эчке структура кисемтәләрнең микроскопик сурәте ярдәмендә бәяләнде. Якынча 50 мкм калынлыктагы Al2(SO4)3 каплавы алынды, ләкин тигезрәк бүленешкә ирешү өчен гомуми процессны оптимальләштерергә кирәк.
Соңгы берничә дистә ел эчендә адсорбция системалары зур игътибар җәлеп итте, чөнки алар традицион компрессия җылылык насосларына яки суыткыч системаларына экологик яктан чиста альтернатива тәкъдим итә. Уңайлык стандартлары һәм глобаль уртача температура арту белән адсорбция системалары якын киләчәктә казылма ягулыкларга бәйлелекне киметергә мөмкин. Моннан тыш, адсорбция суыткычларындагы яки җылылык насосларындагы теләсә нинди яхшырулар җылылык энергиясен саклауга күчерелергә мөмкин, бу беренчел энергияне нәтиҗәле куллану мөмкинлеген өстәмә рәвештә арттыра. Адсорбция җылылык насослары һәм суыткыч системаларының төп өстенлеге шунда ки, алар түбән җылылык массасы белән эшли ала. Бу аларны кояш энергиясе яки калдык җылылык кебек түбән температура чыганаклары өчен яраклы итә. Энергия саклау кушымталары ягыннан, адсорбциянең энергия тыгызлыгы югарырак һәм энергия таралуы азрак булу өстенлеге бар, алар сизгер яки яшерен җылылык саклауга караганда.
Адсорбцион җылылык насослары һәм суыткыч системалары пар компрессиясе аналоглары белән бер үк термодинамик цикл буенча эшли. Төп аерма - компрессор компонентларын адсорберлар белән алыштыру. Элемент уртача температурада түбән басымлы суыткыч матдә парын адсорбцияли ала, хәтта сыеклык салкын булганда да күбрәк суыткыч матдә парга әйләнә. Адсорбция энтальпиясен (экзотерма) булдырмас өчен адсорберның даими суынуын тәэмин итү кирәк. Адсорбер югары температурада регенерацияләнә, бу суыткыч матдә парының десорбциясенә китерә. Десорбция энтальпиясен (эндотермик) тәэмин итү өчен җылытуны дәвам итәргә кирәк. Адсорбция процесслары температура үзгәрешләре белән характерланганлыктан, югары куәт тыгызлыгы югары җылылык үткәрүчәнлеген таләп итә. Ләкин, түбән җылылык үткәрүчәнлеге күпчелек кушымталарда төп кимчелек булып тора.
Үткәргечлекнең төп проблемасы - адсорбция/десорбция парлары агымын тәэмин итүче транспорт юлын саклап калып, аның уртача кыйммәтен арттыру. Моңа ирешү өчен гадәттә ике ысул кулланыла: композит җылылык алмаштыргычлар һәм капланган җылылык алмаштыргычлар. Иң популяр һәм уңышлы композит материаллар - углерод нигезендәге өстәмәләр, атап әйткәндә, киңәйтелгән графит, активлаштырылган күмер яки углерод җепселләре кулланучылар. Оливейра һ.б. 2 киңәйтелгән графит порошогын кальций хлориды белән импрегнацияләп, 306 Вт/кг кадәр билгеле бер суыту сыйдырышлыгы (SCP) һәм 0,46 кадәр эшләү коэффициенты (COP) булган адсорбер җитештерделәр. Заячковский һ.б. 3 киңәйтелгән графит, углерод җепселләре һәм кальций хлориды комбинациясен тәкъдим иттеләр, гомуми үткәрүчәнлеге 15 Вт/мК иде. Цзянь һ.б. 4 композитларны субстрат буларак ике этаплы адсорбцион суыту циклында суыту кислотасы белән эшкәртелгән киңәйтелгән табигый графит (ENG-TSA) белән сынап карадылар. Модель COPны 0,215тән 0,285кә кадәр, ә SCPны 161,4тән 260,74 Вт/кгга кадәр фаразлады.
Иң уңышлы чишелеш - капланган җылылык алмаштыргыч. Бу җылылык алмаштыргычларның каплау механизмнарын ике категориягә бүлеп була: туры синтез һәм ябыштыргычлар. Иң уңышлы ысул - туры синтез, ул тиешле реагентлардан җылылык алмаштыргычлар өслегендә турыдан-туры адсорбцияләүче материаллар формалаштыруны үз эченә ала. Sotech5 Fahrenheit GmbH тарафыннан җитештерелгән берничә суыткычта куллану өчен капланган цеолит синтезлау ысулын патентлады. Шнабель һ.б.6 дат басмас корыч белән капланган ике цеолитның эшчәнлеген сынап карады. Ләкин бу ысул бары тик махсус адсорбентлар белән генә эшли, бу ябыштыргычлар белән каплауны кызыклы альтернатива итә. Бәйләүче матдәләр - сорбент адгезиясен һәм/яки масса күчерүен хуплау өчен сайланган пассив матдәләр, ләкин адсорбциядә яки үткәрүчәнлекне арттыруда бернинди роль уйнамыйлар. Френи һ.б. Балчык нигезендәге бәйләүче белән тотрыклыландырылган AQSOA-Z02 цеолиты белән 7 капланган алюминий җылылык алмаштыргыч. Калабрезе һ.б.8 полимер бәйләүче матдәләр белән цеолит каплауларын әзерләүне өйрәнделәр. Ammann һ.б.9 поливинил спиртының магнит катнашмаларыннан күзәнәкле цеолит капламаларын әзерләү ысулын тәкъдим иттеләр. Алюминий оксиды (глинозем) шулай ук ​​адсорберда 10 бәйләүче матдә буларак кулланыла. Безнең белүебезчә, целлюлоза һәм гидроксиэтилцеллюлоза физик адсорбентлар белән бергә генә кулланыла11,12. Кайвакыт җилем буяу өчен кулланылмый, ә структураны 13 үзе төзү өчен кулланыла. Альгинат полимер матрицаларының күп тоз гидратлары белән кушылуы киптерү вакытында агып чыгуны булдырмый торган һәм масса күчерүне тәэмин итә торган сыгылмалы композит бөртек структураларын барлыкка китерә. Бентонит һәм аттапульгит кебек балчыклар композитлар әзерләү өчен бәйләүче матдәләр буларак кулланылды15,16,17. Этилцеллюлоза кальций хлоридын18 яки натрий сульфидын19 микрокапсуляцияләү өчен кулланылды.
Күзәнәкле металл структуралы композитларны өстәмә җылылык алмаштыргычлар һәм капланган җылылык алмаштыргычлар дип бүлергә мөмкин. Бу структураларның өстенлеге - югары чагыштырма өслек мәйданы. Бу адсорбент һәм металл арасында инерт масса өстәлмичә зуррак контакт өслегенә китерә, бу суыту циклының гомуми нәтиҗәлелеген киметә. Ланг һ.б. 20 алюминий умарта корты структуралы цеолит адсорберының гомуми үткәрүчәнлеген яхшырттылар. Гиллерминот һ.б. 21 бакыр һәм никель күбеге белән NaX цеолит катламнарының җылылык үткәрүчәнлеген яхшырттылар. Композитлар фаза үзгәрү материаллары (PCM) буларак кулланылса да, Ли һ.б. 22 һәм Чжао һ.б. 23 ачышлары да хемосорбция өчен кызыклы. Алар киңәйтелгән графит һәм металл күбекнең эшчәнлеген чагыштырдылар һәм соңгысы коррозия проблемасы булмаганда гына өстенлекле дигән нәтиҗәгә килделәр. Паломба һ.б. күптән түгел башка металл күзәнәкле структураларны чагыштырдылар24. Ван дер Пал һ.б. күбекләргә урнаштырылган металл тозларын өйрәнделәр25. Алдагы барлык мисаллар да кисәкчәле адсорбентларның тыгыз катламнарына туры килә. Адсорберларны каплау өчен металл күзәнәкле структуралар кулланылмый диярлек, бу оптимальрәк чишелеш. Цеолитларга бәйләнеш мисалы Виттштадт һ.б. 26 хезмәтендә очрый, ләкин тоз гидратларының югарырак энергия тыгызлыгына карамастан, аларны бәйләү омтылышы ясалмаган 27.
Шулай итеп, бу мәкаләдә адсорбент каплауларын әзерләүнең өч ысулы тикшереләчәк: (1) бәйләүче каплау, (2) туры реакция һәм (3) өслек эшкәртү. Бу эштә элек хәбәр ителгән тотрыклылык һәм физик адсорбентлар белән берлектә яхшы каплау адгезиясе аркасында гидроксиэтилцеллюлоза сайланган бәйләүче матдә булды. Бу ысул башта яссы каплаулар өчен тикшерелде, аннары металл җепселле структураларга кулланылды. Элегрәк адсорбент каплаулары барлыкка килү белән химик реакцияләр мөмкинлегенең алдан анализы хәбәр ителде. Хәзер металл җепселле структураларны каплауга элеккеге тәҗрибә күчерелә. Бу эш өчен сайланган өслек эшкәртү алюминий анодлаштыруга нигезләнгән ысул. Алюминий анодлаштыру эстетик максатларда металл тозлары белән уңышлы кушылды29. Бу очракларда бик тотрыклы һәм коррозиягә чыдам каплаулар алырга мөмкин. Ләкин алар бернинди адсорбция яки десорбция процессын да башкара алмыйлар. Бу мәкаләдә массаны оригиналь процессның ябыштыру үзлекләрен кулланып күчерергә мөмкинлек бирүче бу ысулның варианты тәкъдим ителә. Безнең белүебезчә, монда тасвирланган ысулларның берсе дә элек өйрәнелмәгән. Алар бик кызыклы яңа технология булып тора, чөнки алар еш өйрәнелә торган физик адсорбентларга караганда берничә өстенлеккә ия булган гидратланган адсорбент капламалар формалаштырырга мөмкинлек бирә.
Бу экспериментлар өчен субстрат буларак кулланылган штампланган алюминий пластиналарны Чехиянең ALINVEST Břidličná компаниясе тәэмин итте. Аларда 98,11% алюминий, 1,3622% тимер, 0,3618% марганец һәм бакыр, магний, кремний, титан, цинк, хром һәм никель эзләре бар.
Композитлар җитештерү өчен сайланган материаллар аларның термодинамик үзлекләренә туры китереп сайлана, атап әйткәндә, алар 120°C тан түбән температурада адсорбцияли/десорбцияли ала торган су күләменә карап.
Магний сульфаты (MgSO4) - иң кызыклы һәм өйрәнелгән гидратланган тозларның берсе30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Термодинамик үзлекләр системалы рәвештә үлчәнде һәм адсорбцион суыту, җылылык насослары һәм энергия саклау өлкәләрендә куллану өчен яраклы дип табылды. Коры магний сульфаты CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германия) кулланылды.
Кальций хлориды (CaCl2) (H319) - тагын бер яхшы өйрәнелгән тоз, чөнки аның гидраты кызыклы термодинамик үзлекләргә ия41,42,43,44. Кальций хлориды гексагидраты CAS-№ 7774-34-7 97% кулланылган (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германия).
Цинк сульфаты (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) һәм аның гидратлары түбән температуралы адсорбция процесслары өчен яраклы термодинамик үзлекләргә ия45,46. Цинк сульфаты гептагидраты CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германия) кулланылды.
Стронций хлориды (SrCl2) (H318) шулай ук ​​кызыклы термодинамик үзлекләргә ия4,45,47, гәрчә ул адсорбцион җылылык насосында яки энергия саклау тикшеренүләрендә еш кына аммиак белән кушылса да. Синтез өчен стронций хлориды гексагидраты CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, Сент-Луис, Миссури, АКШ) кулланылды.
Бакыр сульфаты (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) профессиональ әдәбиятта еш очрый торган гидратлар арасында түгел, гәрчә аның термодинамик үзлекләре түбән температура кушымталары өчен кызыклы булса да48,49. Синтез өчен бакыр сульфаты CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, Сент-Луис, Миссури, АКШ) кулланылган.
Магний хлориды (MgCl2) - җылылык энергиясен саклау өлкәсендә соңгы вакытта күбрәк игътибар җәлеп иткән гидратланган тозларның берсе50,51. Тәҗрибәләрдә CAS-Nr.7791-18-6 саф фармацевтик маркалы магний хлориды гексагидраты (Applichem GmbH., Дармштадт, Германия) кулланылды.
Югарыда әйтелгәнчә, гидроксиэтилцеллюлоза охшаш куллануларда уңай нәтиҗәләргә ирешү сәбәпле сайланган. Безнең синтезда кулланылган материал - гидроксиэтилцеллюлоза CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, Сент-Луис, Миссури, АКШ).
Металл җепселләре кысу һәм блендерлау юлы белән бер-берсенә тоташкан кыска чыбыклардан ясала, бу процесс тигель эретмәсен экстракцияләү (CME)52 дип атала. Бу аларның җылылык үткәрүчәнлеге җитештерүдә кулланылган металларның күләм үткәрүчәнлегенә һәм соңгы структураның күзәнәклелегенә генә түгел, ә җепләр арасындагы бәйләнешләрнең сыйфатына да бәйле дигәнне аңлата. Җепселләр изотроп түгел һәм җитештерү вакытында билгеле бер юнәлештә таралырга омтыла, бу исә аркылы юнәлештә җылылык үткәрүчәнлеген күпкә түбәнрәк итә.
Су сеңдерү үзлекләре вакуум пакетында (Netzsch TG 209 F1 Libra) бер үк вакытта термогравиметрик анализ (TGA)/дифференциаль термогравиметрик анализ (DTG) ярдәмендә тикшерелде. Үлчәүләр алюминий оксиды тигельләрендә 10 мл/мин агым тизлегендә һәм 25-150°C температура диапазонында агымлы азот атмосферасында үткәрелде. Җылыту тизлеге 1 °C/мин иде, үрнәк авырлыгы 10-20 мг арасында үзгәрде, чишелеш 0,1 мкг иде. Бу эштә, берәмлек өслеккә масса аермасы зур билгесезлеккә ия булуын билгеләп үтәргә кирәк. TGA-DTGда кулланылган үрнәкләр бик кечкенә һәм тигез булмаган киселгән, бу аларның мәйданын билгеләүне төгәл итми. Бу кыйммәтләрне зуррак мәйданга зур тайпылышлар исәпкә алынган очракта гына экстраполяцияләргә мөмкин.
Көчәйтелгән тулы чагылыш Фурье трансформациясе инфракызыл (ATR-FTIR) спектрлары Bruker Vertex 80 v FTIR спектрометрында (Bruker Optik GmbH, Лейпциг, Германия) ATR платина аксессуары (Bruker Optik GmbH, Германия) кулланып алынды. Эксперименталь үлчәүләр өчен фон буларак үрнәкләрне куллану алдыннан саф коры алмаз кристалларының спектрлары турыдан-туры вакуумда үлчәнде. Үрнәкләр вакуумда 2 см-1 спектраль чишелеш һәм уртача 32 сканерлау саны ярдәмендә үлчәнде. Дулкын саны 8000 дән 500 см-1 гә кадәр. Спектраль анализ OPUS программасы ярдәмендә башкарылды.
SEM анализы Zeiss компаниясенең DSM 982 Gemini ярдәмендә 2 һәм 5 кВ тизләнешле көчәнешләрдә үткәрелде. Энергия дисперсиясе рентген спектроскопиясе (EDX) Thermo Fischer System 7 ярдәмендә Peltier суытылган кремний дрейф детекторы (SSD) белән башкарылды.
Металл пластиналарны әзерләү 53 нче пунктта тасвирланган процедурага охшаш рәвештә башкарылды. Башта пластинаны 50% күкерт кислотасына чумдырыгыз. 15 минут. Аннары алар якынча 10 секунд дәвамында 1 М натрий гидроксиды эремәсенә кертелде. Аннары үрнәкләр күп күләмдә дистилляцияләнгән су белән юылды, аннары 30 минут дистилляцияләнгән суда чылатылды. Өслекне алдан эшкәртүдән соң, үрнәкләр 3% туендырылган эремәгә чумдырылды. ГЭК һәм максатчан тоз. Ахырда, аларны алып, 60°C температурада киптерегез.
Анодлаштыру ысулы пассив металлдагы табигый оксид катламын көчәйтә һәм ныгыта. Алюминий панельләр катыланган хәлдә күкерт кислотасы белән анодланган һәм аннары кайнар суда ябылган. Анодлаштыру 1 моль/л NaOH (600 с) белән башлангыч эшкәртүдән соң, аннары 1 моль/л HNO3 (60 с) белән нейтральләштерүдән соң башкарылган. Электролит эремәсе 2,3 М H2SO4, 0,01 М Al2(SO4)3 һәм 1 М MgSO4 + 7H2O катнашмасыннан тора. Анодлаштыру (40 ± 1)°C, 30 мА/см2 температурада 1200 секунд дәвамында башкарылган. Ябыштыру процессы материалларда тасвирланганча төрле тозлы эремәләрдә (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2) башкарылган. Үрнәк анда 1800 секунд кайнатыла.
Композитлар җитештерүнең өч төрле ысулы тикшерелде: ябыштыргыч каплау, туры реакция һәм өслек эшкәртү. Һәр укыту ысулының өстенлекләре һәм кимчелекләре системалы рәвештә анализлана һәм тикшерелә. Нәтиҗәләрне бәяләү өчен турыдан-туры күзәтү, наносурәтләү һәм химик/элемент анализы кулланылды.
Анодлаштыру тоз гидратларының адгезиясен арттыру өчен конверсия өслеген эшкәртү ысулы буларак сайланган. Бу өслекне эшкәртү турыдан-туры алюминий өслегендә глиноземның (глинозем) күзәнәкле структурасын булдыра. Традицион рәвештә, бу ысул ике этаптан тора: беренче этап алюминий оксидының күзәнәкле структурасын булдыра, ә икенче этап тишекләрне яба торган алюминий гидроксиды каплавын булдыра. Газ фазасына керүне япмыйча, тозны блоклауның ике ысулы түбәндәгечә. Беренчесе, адсорбент кристалларын тоту һәм аның металл өслекләргә адгезиясен арттыру өчен беренче этапта алынган кечкенә алюминий оксиды (Al2O3) торбаларын кулланып, умарта кортлары системасыннан тора. Нәтиҗәдә барлыкка килгән умарта кортларының диаметры якынча 50 нм һәм озынлыгы 200 нм (1а рәсем). Элегрәк әйтелгәнчә, бу куышлыклар гадәттә икенче этапта алюминий оксиды торбасын кайнату процессы белән ныгытылган Al2O(OH)2 боэмитының юка катламы белән ябыла. Икенче ысулда, бу герметизацияләү процессы тоз кристаллары тигез каплаучы боэмит (Al2O(OH)) катламында тотыла торган итеп үзгәртелә, бу очракта ул герметизацияләү өчен кулланылмый. Икенче этап тиешле тозның туендырылган эремәсендә башкарыла. Тасвирланган үрнәкләрнең зурлыгы 50–100 нм диапазонында һәм сиптерелгән тамчыларга охшаган (1б рәсем). Герметизацияләү процессы нәтиҗәсендә алынган өслек ачык күренекле киңлек структурасына ия, контакт мәйданы арткан. Бу өслек үрнәге, күпсанлы бәйләнеш конфигурацияләре белән бергә, тоз кристалларын йөртү һәм тоту өчен идеаль. Тасвирланган ике структура да чыннан да күзәнәкле булып күренә һәм адсорбер эшләгәндә тоз гидратларын тоту һәм парларны тозга адсорбцияләү өчен бик яраклы булып күренгән кечкенә куышлыкларга ия. Ләкин, EDX кулланып, бу өслекләрнең элемент анализы боэмит өслегендә магний һәм күкертнең эз күләмнәрен ачыкларга мөмкин, алар алюминий оксиды өслегендә ачыкланмый.
Үрнәкнең ATR-FTIR элементының магний сульфаты булуын раслады (2b рәсемен карагыз). Спектрда 610–680 һәм 1080–1130 см–1 да характерлы сульфат ион пиклары, ә 1600–1700 см–1 һәм 3200–3800 см–1 да характерлы рәшәткә су пиклары күрсәтелә (2a, в рәсемнәрен карагыз). Магний ионнарының булуы спектрны үзгәртми диярлек54.
(а) Боэмит белән капланган MgSO4 алюминий пластинасының EDX, (б) Боэмит һәм MgSO4 каплауларының ATR-FTIR спектрлары, (в) Саф MgSO4 ATR-FTIR спектрлары.
Адсорбция нәтиҗәлелегенең саклануы TGA ярдәмендә расланды. 3b рәсемдә якынча 60°C десорбция пигы күрсәтелгән. Бу пик саф тозның TGAсында күзәтелгән ике пикның температурасына туры килми (3a рәсем). Адсорбция-десорбция циклының кабатлануы бәяләнде, һәм үрнәкләрне дымлы атмосферага урнаштырганнан соң шул ук кәкре күзәтелде (3c рәсем). Десорбциянең икенче этабында күзәтелгән аермалар агымлы атмосферада сусызлану нәтиҗәсе булырга мөмкин, чөнки бу еш кына тулы булмаган сусызлануга китерә. Бу кыйммәтләр беренче сусызландыруда якынча 17,9 г/м2 һәм икенче сусызландыруда 10,3 г/м2 тәшкил итә.
Боэмит һәм MgSO4 өчен TGA анализын чагыштыру: саф MgSO4 (а) катнашмасының (б) һәм регидратациядән соң (в) TGA анализы.
Шул ук ысул адсорбент буларак кальций хлориды белән башкарылды. Нәтиҗәләр 4 нче рәсемдә күрсәтелгән. Өслекне визуаль тикшерү металлик ялтыравыкта кечкенә үзгәрешләрне күрсәтте. Йон бик аз күренә. SEM өслектә тигез таралган кечкенә кристаллар булуын раслады. Ләкин TGA 150°C тан түбән температурада дегидратация күрсәтмәде. Бу TGA ярдәмендә ачыклау өчен тоз өлеше субстратның гомуми массасына караганда бик аз булуы белән бәйле булырга мөмкин.
Анодлаштыру ысулы белән бакыр сульфаты каплавын өслек эшкәртү нәтиҗәләре 5 нче рәсемдә күрсәтелгән. Бу очракта, CuSO4-ның Al оксиды структурасына кушылуы көтелгәнчә булмады. Киресенчә, йомшак энәләре күзәтелә, чөнки алар гадәттә гадәти зәңгәрсу буяулар белән кулланыла торган бакыр гидроксиды Cu(OH)2 өчен кулланыла.
Анодлаштырылган өслек эшкәртүе шулай ук ​​стронций хлориды белән берлектә сынап каралды. Нәтиҗәләр тигез булмаган каплау күрсәтте (6а рәсемен карагыз). Тозның бөтен өслекне каплаганмы-юкмы икәнен ачыклау өчен EDX анализы үткәрелде. Соры өлкәдәге нокта өчен кәкре сызык (6б рәсемдәге 1 нче нокта) стронцийның аз булуын һәм алюминийның күп булуын күрсәтә. Бу үлчәнгән зонада стронцийның аз булуын күрсәтә, бу үз чиратында стронций хлоридының аз каплануын күрсәтә. Киресенчә, ак өлкәләрдә стронцийның күп булуы һәм алюминийның аз булуы (6б рәсемдәге 2–6 нокталар). Ак өлкәнең EDX анализы караңгырак нокталарны (6б рәсемдәге 2 һәм 4 нокталар), хлорның аз һәм күкертнең күп булуын күрсәтә. Бу стронций сульфатының барлыкка килүен күрсәтергә мөмкин. Яктырак нокталар югары хлор һәм түбән күкертнең күп булуын чагылдыра (6б рәсемдәге 3, 5 һәм 6 нокталар). Моны ак каплауның төп өлеше көтелгән стронций хлоридыннан торуы белән аңлатырга мөмкин. Үрнәкнең TGA анализ интерпретациясен саф стронций хлоридының характерлы температурасында пик белән раслады (6в рәсем). Аларның кечкенә кыйммәтен металл терәк массасы белән чагыштырганда тозның кечкенә өлеше белән акларга мөмкин. Тәҗрибәләрдә билгеләнгән десорбция массасы 150°C температурада адсорберның берәмлек мәйданына 7,3 г/м2 бүленеп чыккан күләмгә туры килә.
Элоксал белән эшкәртелгән цинк сульфаты капламалары да сынап каралды. Макроскопик яктан каплама бик юка һәм бердәм катлам (7а рәсем). Ләкин SEM буш урыннар белән аерылган кечкенә кристаллар белән капланган өслек мәйданын күрсәтте (7б рәсем). Каплама һәм субстратның TGAсы саф тозныкы белән чагыштырылды (7в рәсем). Саф тозның 59,1°C температурада бер асимметрик пигы бар. Капланган алюминий 55,5°C һәм 61,3°C температурада ике кечкенә пик күрсәтте, бу цинк сульфаты гидратының булуын күрсәтә. Тәҗрибәдә ачыкланган масса аермасы 150°C сусызландыру температурасында 10,9 г/м2 га туры килә.
Алдагы кулланудагы кебек53, гидроксиэтилцеллюлоза сорбент каплавының адгезиясен һәм тотрыклылыгын яхшырту өчен бәйләүче матдә буларак кулланылды. Материалның туры килүе һәм адсорбция эшчәнлегенә йогынтысы TGA ярдәмендә бәяләнде. Анализ гомуми массага карата үткәрелә, ягъни үрнәк каплау нигезе буларак кулланылган металл пластинаны үз эченә ала. Адгезия ISO2409 спецификациясендә билгеләнгән аркылы уем сынауына нигезләнгән сынау ярдәмендә тикшерелә (спецификация калынлыгына һәм киңлегенә карап, уем аеру спецификациясенә туры килә алмый).
Панельләрне кальций хлориды (CaCl2) белән каплау (8a рәсемен карагыз) тигез булмаган бүленешкә китерде, бу аркылы уем сынауы өчен кулланылган саф алюминий каплавында күзәтелмәде. Саф CaCl2 нәтиҗәләре белән чагыштырганда, TGA (8b рәсем) 40 һәм 20°C түбәнрәк температураларга күчкән ике характерлы пик күрсәтә. Кисемтә сынауы объектив чагыштыру мөмкинлеге бирми, чөнки саф CaCl2 үрнәге (8c рәсемдә уңдагы үрнәк) порошоксыман утырма булып тора, ул иң өске кисәкчәләрне бетерә. HEC нәтиҗәләре канәгатьләнерлек адгезияле бик нечкә һәм бердәм каплау күрсәтте. 8b рәсемдә күрсәтелгән масса аермасы 150°C температурада адсорберның берәмлек мәйданына 51,3 г/м2 туры килә.
Магний сульфаты (MgSO4) белән дә адгезивлык һәм бердәмлек ягыннан уңай нәтиҗәләр алынды (9 нчы рәсемне карагыз). Каплауның десорбция процессын анализлау якынча 60°C бер пик булуын күрсәтте. Бу температура саф тозларны сусызландыруда күзәтелгән төп десорбция этабына туры килә, 44°C температурадагы тагын бер адымны күрсәтә. Ул гексагидраттан пентагидратка күчүгә туры килә һәм бәйләүче матдәләр белән каплау очрагында күзәтелми. Кисемтә сынаулары саф тоз кулланып ясалган каплаулар белән чагыштырганда таралышның һәм адгезивлыкның яхшыруын күрсәтә. TGA-DTCда күзәтелгән масса аермасы 150°C температурада адсорберның берәмлек мәйданына 18,4 г/м2 туры килә.
Өслек тигезсезлеге аркасында, стронций хлориды (SrCl2) канатларында тигез булмаган каплауга ия (10а рәсем). Ләкин, аркылы уем сынау нәтиҗәләре тигез бүленеш күрсәтте һәм адгезия сизелерлек яхшырды (10в рәсем). TGA анализы авырлыкта бик аз аерма күрсәтте, бу металл субстрат белән чагыштырганда тоз күләменең түбән булуы белән бәйле булырга тиеш. Ләкин, кәкредәге адымнар дегидратация процессы булуын күрсәтә, гәрчә пик саф тозны характерлаганда алынган температура белән бәйле булса да. 10б рәсемнәрдә күзәтелгән 110°C һәм 70,2°C температурадагы пиклар саф тозны анализлаганда да табылды. Ләкин, 50°C температурада саф тозда күзәтелгән төп дегидратация этабы бәйләүче матдә кулланып ясалган кәкреләрдә чагылыш тапмады. Киресенчә, бәйләүче катнашма 20,2°C һәм 94,1°C температурада ике пик күрсәтте, алар саф тоз өчен үлчәнмәде (10б рәсем). 150 °C температурада күзәтелгән масса аермасы адсорберның берәмлек мәйданына 7,2 г/м2 туры килә.
HEC һәм цинк сульфаты (ZnSO4) кушылмасы кабул ителгән нәтиҗәләр бирмәде (11 нче рәсем). Капланган металлның TGA анализы бернинди дегидратация процессларын ачыкламады. Капламаның таралышы һәм ябышуы яхшырса да, аның үзлекләре әле дә оптимальдән ерак.
Металл җепселләрен юка һәм тигез катлам белән каплауның иң гади ысулы - дымлы импрегнация (12а рәсем), ул максатчан тоз әзерләүне һәм металл җепселләрен сулы эремә белән импрегнацияләүне үз эченә ала.
Дымлы импрегнациягә әзерләнгәндә, ике төп проблема очрый. Бер яктан, тоз эремәсенең өслек киеренкелеге сыеклыкның күзәнәкле структурага дөрес кушылуына комачаулый. Тышкы өслектә кристаллашуны (12d рәсем) һәм структура эчендә калган һава күбекләрен (12в рәсем) өслек киеренкелеген киметү һәм үрнәкне дистилляцияләнгән су белән алдан дымландыру юлы белән генә киметергә мөмкин. Конструкциянең тулысынча тутырылуын тәэмин итүнең башка нәтиҗәле ысуллары - эчендәге һаваны бушату яки структурада эремә агымын булдыру юлы белән үрнәктә мәҗбүри эретү.
Әзерләү вакытында очрый торган икенче проблема - тозның бер өлешеннән пленканы алу (12б рәсемен карагыз). Бу күренеш эретү өслегендә коры каплау барлыкка килү белән характерлана, ул конвектив рәвештә стимуллаштырылган киптерүне туктата һәм диффузия белән стимуллаштырылган процессны башлый. Икенче механизм беренчесенә караганда күпкә акрынрак. Нәтиҗәдә, киптерү вакыты өчен югары температура кирәк, бу үрнәк эчендә күбекләр барлыкка килү куркынычын арттыра. Бу проблема концентрация үзгәрүенә (парга әйләнү) түгел, ә температура үзгәрүенә нигезләнгән альтернатив кристаллашу ысулын кертү юлы белән хәл ителә (13 нче рәсемдәге MgSO4 мисалындагы кебек).
MgSO4 кулланып каты һәм сыек фазаларны суыту һәм аеру вакытында кристаллашу процессының схематик күрсәткече.
Бу ысул ярдәмендә туендырылган тоз эремәләрен бүлмә температурасында (HT) яки аннан югарырак температурада әзерләргә мөмкин. Беренче очракта, кристаллашу температураны бүлмә температурасыннан түбәнрәк төшерү юлы белән мәҗбүри рәвештә башкарылган. Икенче очракта, кристаллашу үрнәк бүлмә температурасына (RT) кадәр суытылганда булган. Нәтиҗәдә, кристаллар (B) һәм эрегән (A) катнашмасы барлыкка килә, аның сыек өлеше кысылган һава белән бетерелә. Бу ысул бу гидратларда пленка барлыкка килүдән генә түгел, ә башка композитларны әзерләү өчен кирәкле вакытны да киметә. Ләкин, кысылган һава белән сыеклыкны бетерү тозның өстәмә кристаллашуына китерә, нәтиҗәдә калынрак каплау барлыкка килә.
Металл өслекләрне каплау өчен кулланылырга мөмкин булган тагын бер ысул - химик реакцияләр аша максатлы тозларны турыдан-туры җитештерү. Алдагы тикшеренүдә хәбәр ителгәнчә, канатларның һәм торбаларның металл өслекләрендә кислоталар реакциясе нәтиҗәсендә ясалган капланган җылылык алмаштыргычларның берничә өстенлеге бар. Бу ысулны җепселләргә куллану реакция вакытында газлар барлыкка килү сәбәпле бик начар нәтиҗәләргә китерде. Зонд эчендә водород газы күбекләренең басымы җыела һәм продукт чыгарылган саен үзгәрә (14а рәсем).
Каплау калынлыгын һәм таралышын яхшырак контрольдә тоту өчен химик реакция аша каплау үзгәртелгән. Бу ысул үрнәк аша кислота томан агымын үткәрүне үз эченә ала (14б рәсем). Бу нигез металлы белән реакция аша бердәм каплауга китерәчәк дип көтелә. Нәтиҗәләр канәгатьләнерлек булды, ләкин процесс бик акрын булды, аны нәтиҗәле ысул дип санау мөмкин түгел (14в рәсем). Реакция вакытын локальләштерелгән җылыту ярдәмендә кыскартырга мөмкин.
Югарыда күрсәтелгән ысулларның кимчелекләрен җиңү өчен, ябыштыргычлар куллануга нигезләнгән каплау ысулы өйрәнелде. Алдагы бүлектә күрсәтелгән нәтиҗәләр нигезендә HEC сайланды. Барлык үрнәкләр дә 3% авырлыкта әзерләнде. Бәйләүче матдә тоз белән кушыла. Җепселләр кабыргалар өчен кебек үк процедура буенча алдан эшкәртелде, ягъни 15 минут эчендә 50% күләмдә сульфат кислотасында чылатылган, аннары 20 секунд натрий гидроксидында чылатылган, дистилляцияләнгән суда юылган һәм ахырда 30 минут дистилляцияләнгән суда чылатылган. Бу очракта, импрегнацияләү алдыннан өстәмә адым өстәлде. Үрнәкне кыска вакытка сыекландырылган максатчан тоз эремәсенә батырыгыз һәм якынча 60°C температурада киптерегез. Процесс металл өслеген үзгәртү, соңгы этапта каплауның таралуын яхшырта торган төшләнеш урыннарын булдыру өчен эшләнгән. Җепсел структурасының бер ягында җепселләр нечкәрәк һәм тыгыз урнашкан, ә каршы ягында җепселләр калынрак һәм азрак таралган. Бу 52 җитештерү процессы нәтиҗәсе.
Кальций хлориды (CaCl2) өчен нәтиҗәләр 1 нче таблицада гомумиләштерелгән һәм рәсемнәр белән күрсәтелгән. Инокуляциядән соң яхшы каплау. Хәтта өслегендә күренерлек кристаллары булмаган җепләрнең дә металл чагылышы кимегән, бу эшкәртүнең үзгәрүен күрсәтә. Ләкин, үрнәкләр CaCl2 һәм HEC су катнашмасы белән тутырылганнан һәм якынча 60°C температурада киптерелгәннән соң, каплаулар структуралар кисешкән урыннарда тупланганнар. Бу эремәнең өслек киеренкелеге аркасында килеп чыккан эффект. Чылатылганнан соң, сыеклык өслек киеренкелеге аркасында үрнәк эчендә кала. Нигездә, бу структуралар кисешкән урыннарда була. Үрнәкнең иң яхшы ягында тоз белән тутырылган берничә тишек бар. Каплаганнан соң авырлык 0,06 г/см3 ка арткан.
Магний сульфаты (MgSO4) белән каплау берәмлек күләмгә күбрәк тоз бирде (2 нче таблица). Бу очракта үлчәнгән арту 0,09 г/см3 тәшкил итә. Чәчү процессы нәтиҗәсендә үрнәк киң капланды. Каплау процессыннан соң, тоз үрнәкнең нечкә ягының зур өлешләрен каплап куя. Моннан тыш, матның кайбер өлешләре каплана, ләкин бераз мәсамәлелек саклана. Бу очракта, структуралар кисешкән урында тоз барлыкка килүе җиңел күзәтелә, бу каплау процессының, нигездә, тоз һәм металл субстрат арасындагы үзара бәйләнеш түгел, ә сыеклыкның өслек киеренкелеге аркасында булуын раслый.
Стронций хлориды (SrCl2) һәм HEC кушылмасы нәтиҗәләре алдагы мисалларга охшаш үзлекләр күрсәтте (3 нче таблица). Бу очракта, үрнәкнең нечкә ягы тулысынча диярлек капланган. Киптерү вакытында үрнәктән пар чыгу нәтиҗәсендә барлыкка килгән аерым мәсамәләрдән башка гына күренә. Мат ягында күзәтелгән үрнәк алдагы очракка бик охшаш, бу өлкә тоз белән капланган һәм җепселләр тулысынча капланмаган.
Җылылык алмаштыргычның җылылык эшчәнлегенә җепселле структураның уңай йогынтысын бәяләү өчен, капланган җепселле структураның нәтиҗәле җылылык үткәрүчәнлеге билгеләнде һәм чиста каплау материалы белән чагыштырылды. Җылылык үткәрүчәнлеге ASTM D 5470-2017 стандарты буенча 15а рәсемдә күрсәтелгән яссы панель җайланмасы ярдәмендә билгеле җылылык үткәрүчәнлеге булган эталон материал кулланып үлчәнде. Башка вакытлы үлчәү ысуллары белән чагыштырганда, бу принцип хәзерге тикшеренүдә кулланылган мәсамәле материаллар өчен отышлы, чөнки үлчәүләр тотрыклы хәлдә һәм җитәрлек үрнәк зурлыгы белән башкарыла (нигез мәйданы 30 × 30 мм2, биеклеге якынча 15 мм). Анизотроп җылылык үткәрүчәнлегенең йогынтысын бәяләү өчен чиста каплау материалы (эталон) һәм капланган җепсел структурасы үрнәкләре җепсел юнәлешендә һәм җепсел юнәлешенә перпендикуляр рәвештә үлчәүләр өчен әзерләнде. Үрнәкләр үрнәк әзерләү аркасында өслекнең тупаслыгы йогынтысын минимальләштерү өчен өслеккә (P320 бөртек) тартылды, бу үрнәк эчендәге структураны чагылдырмый.