Nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт. Сез куллана торган браузер версиясендә CSS ярдәме чикләнгән. Иң яхшы нәтиҗәләргә ирешү өчен, без сезгә браузерыгызның яңарак версиясен кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'да туры килүчәнлек режимын сүндерегез). Шуңа кадәр, даими ярдәм күрсәтү өчен, без сайтны стильләштермичә яки JavaScriptсыз күрсәтәбез.
Стеарин кислотасы (SA) энергия саклау җайланмаларында фаза үзгәрү материалы (PCM) буларак кулланыла. Бу тикшеренүдә SiO2 кабыгы өслек актив матдәсен микрокапсуляцияләү өчен золь-гель ысулы кулланылды. Төрле күләмдәге SA (5, 10, 15, 20, 30 һәм 50 г) 10 мл тетраэтил ортосиликатына (TEOS) капсуляцияләнде. Синтезланган микрокапсуляцияләнгән фаза үзгәрү материалы (MEPCM) Фурье трансформациясе инфракызыл спектроскопиясе (FT-IR), рентген дифракциясе (XRD), рентген фотоэлектрон спектроскопиясе (XPS) һәм сканерлаучы электрон микроскопиясе (SEM) белән характерланды. Характеристика нәтиҗәләре SAның SiO2 белән уңышлы капсуляцияләнгәнен күрсәтте. Термогравиметрик анализ (TGA) MEPCMның CAга караганда яхшырак термик тотрыклылыкка ия ​​булуын күрсәтте. Дифференциаль сканерлаучы калориметрия (DSC) кулланып, MEPCMның энтальпия кыйммәте 30 җылыту-суыту циклыннан соң да үзгәрмәгәнлеге ачыкланды. Барлык микрокапсулаланган үрнәкләр арасында MEPCM булган 50 г SA эретү һәм катыруның иң югары яшерен җылылыгына ия булган, алар тиешенчә 182,53 Дж/г һәм 160,12 Дж/г тәшкил иткән. Төргәкнең нәтиҗәлелеге күрсәткече җылылык мәгълүматлары ярдәмендә исәпләнгән һәм шул ук үрнәк өчен иң югары нәтиҗәлелек табылган, ул 86,68% тәшкил иткән.
Төзелеш индустриясендә кулланыла торган энергиянең якынча 58% ы биналарны җылыту һәм суыту өчен кулланыла1. Шуңа күрә иң кирәклесе - әйләнә-тирә мохитнең пычрануын исәпкә алучы нәтиҗәле энергия системаларын булдыру2. Фаза үзгәрү материалларын (ФТМ) кулланучы яшерен җылылык технологиясе түбән температура тирбәнешләрендә югары энергияне саклый ала3,4,5,6 һәм җылылык тапшыру, кояш энергиясен саклау, аэрокосмик һәм һава кондиционерлау кебек өлкәләрдә киң кулланылырга мөмкин7,8,9. ФТМ көндез бина тышкы өлешләреннән җылылык энергиясен сеңдерә һәм төнлә энергия чыгара10. Шуңа күрә фаза үзгәрү материаллары җылылык энергиясен саклау материаллары буларак тәкъдим ителә. Моннан тыш, каты-каты, каты-сыек, сыек-газ һәм каты-газ кебек төрле ФТМ төрләре бар11. Алар арасында иң популяр һәм еш кулланыла торган фаза үзгәрү материаллары - каты-каты фаза үзгәрү материаллары һәм каты-сыек фаза үзгәрү материаллары. Ләкин, сыек-газ һәм каты-газ фаза күчеш материалларының зур күләм үзгәрешләре аркасында аларны куллану бик авыр.
PCM үзлекләре аркасында төрле кулланылышка ия: 15°C тан түбән температурада эри торганнарын салкын температураны саклап калу өчен кондиционер системаларында кулланырга мөмкин, ә 90°C тан югары температурада эри торганнарын янгыннарны булдырмау өчен җылыту системаларында кулланырга мөмкин12. Кулланылышына һәм эрү ноктасы диапазонына карап, төрле органик һәм органик булмаган химик матдәләрдән төрле фаза үзгәрү материаллары синтезланган13,14,15. Парафин - югары яшерен җылылык, коррозиясезлек, куркынычсызлык һәм киң эрү ноктасы диапазоны белән иң еш кулланыла торган фаза үзгәрү материалы16,17,18,19,20,21.
Ләкин, фаза үзгәрү материалларының җылылык үткәрүчәнлеге түбән булу сәбәпле, фаза үзгәрү процессында төп материалның агып чыгуын булдырмас өчен, аларны тышчага (тышкы катлам) урнаштырырга кирәк22. Моннан тыш, эксплуатация хаталары яки тышкы басым тышкы катламга (каплама) зыян китерергә мөмкин, ә эретелгән фаза үзгәрү материалы төзелеш материаллары белән реакциягә кереп, корыч такталарның коррозиясенә китерергә мөмкин, шуның белән бинаның хезмәт күрсәтүчәнлеген киметә23. Шуңа күрә, югарыдагы проблемаларны хәл итә алырлык җитәрлек тышча материалы белән капланган фаза үзгәрү материалларын синтезлау мөһим24.
Фаза үзгәрү материалларын микрокапсуляцияләү җылылык тапшыруны нәтиҗәле рәвештә арттыра һәм әйләнә-тирә мохит реактивлыгын киметә, һәм күләм үзгәрешләрен контрольдә тота ала. PCM капсуляциясе өчен төрле ысуллар эшләнгән, атап әйткәндә, фазаара полимеризация25,26,27,28, in situ полимеризация29,30,31,32, коацервация33,34,35 һәм золь-гель процесслары36,37,38,39. Формальдегид сумаласын микрокапсуляция өчен кулланырга мөмкин40,41,42,43. Меламин-формальдегид һәм мочевина-формальдегид сумалалары кабык материаллары буларак кулланыла, алар эш вакытында еш кына агулы формальдегид чыгаралар. Шуңа күрә бу материалларны төрү процессларында куллану тыела. Ләкин, масштабланырлык җылылык энергиясен саклау өчен экологик яктан чиста фаза үзгәрү материалларын май кислоталары һәм лигнин 44 нигезендә гибрид нанокапсулалар кулланып синтезларга мөмкин.
Чжан һ.б. 45 һ.б. тетраэтил ортосиликаттан лаурин кислотасын синтезлаган һәм метилтриэтоксисиланның тетраэтил ортосиликатка күләм нисбәте арткан саен, яшерен җылылык кими һәм өслекнең гидрофоблыгы арта дигән нәтиҗәгә килгәннәр. Лаурин кислотасы капок җепселләре өчен потенциаль һәм нәтиҗәле үзәк материал булырга мөмкин46. Моннан тыш, Латибари һ.б. 47 TiO2 кабык материалы буларак кулланып, стеарин кислотасы нигезендәге PCM синтезлаган. Чжу һ.б. потенциаль PCM буларак n-октадекан һәм силикон нанокапсулаларын әзерләгән48. Әдәбиятка күзәтүдән күренгәнчә, нәтиҗәле һәм тотрыклы микрокапсулаланган фаза үзгәреше материалларын формалаштыру өчен тәкъдим ителгән дозаны аңлау кыен.
Шуңа күрә, авторлар белгәнчә, микрокапсуляция өчен кулланыла торган фаза үзгәрү материалы күләме нәтиҗәле һәм тотрыклы микрокапсуляцияләнгән фаза үзгәрү материалларын җитештерү өчен мөһим параметр булып тора. Төрле күләмдәге фаза үзгәрү материалларын куллану микрокапсуляцияләнгән фаза үзгәрү материалларының төрле үзлекләрен һәм тотрыклылыгын ачыкларга мөмкинлек бирәчәк. Стеарин кислотасы (май кислотасы) - экологик яктан чиста, медицина яктан мөһим һәм экономик матдә, ул җылылык энергиясен саклау өчен кулланылырга мөмкин, чөнки ул югары энтальпия кыйммәтенә (~200 Дж/г) ия һәм 72 °C кадәр температурага чыдам. Моннан тыш, SiO2 янмый, югары механик ныклык, җылылык үткәрүчәнлек һәм үзәк материалларга яхшырак химик каршылык бирә, һәм төзелештә пуццолан материалы булып тора. Цемент су белән кушылганда, начар капсуляцияләнгән PCMлар механик тузу һәм зур бетон конструкцияләрендә барлыкка килгән югары температура (гидратация җылылыгы) аркасында ярылырга мөмкин. Шуңа күрә, SiO2 кабыгы белән микрокапсуляцияләнгән CA куллану бу проблеманы хәл итә ала. Шуңа күрә, бу тикшеренүнең максаты төзелеш кушымталарында золь-гель процессы белән синтезланган ПКМларның эшчәнлеген һәм нәтиҗәлелеген тикшерү иде. Бу эштә без SiO2 кабыкларына капланган 5, 10, 15, 20, 30 һәм 50 г төрле күләмдәге SA (төп материал буларак) системалы рәвештә өйрәндек. SiO2 кабыгын формалаштыру өчен алдан эремә буларак 10 мл күләмдәге тетраэтилортосиликатның (TEOS) билгеләнгән күләме кулланылды.
Төп материал буларак реактив класслы стеарин кислотасы (SA, C18H36O2, эрү температурасы: 72°C) Көньяк Кореянең Кёнгидо штатындагы Daejung Chemical & Metals Co., Ltd. компаниясеннән сатып алынган. Алдан эремә буларак тетраэтилортосиликат (TEOS, C8H20O4Si) Бельгиянең Гил шәһәрендәге Acros Organics компаниясеннән сатып алынган. Моннан тыш, Көньяк Кореянең Кёнгидо штатындагы Daejung Chemical & Metals Co., Ltd. компаниясеннән абсолют этанол (EA, C2H5OH) һәм натрий лаурил сульфаты (SLS, C12H25NaO4S) сатып алынган һәм алар эреткечләр һәм өслек актив матдәләр буларак кулланылган. Эреткеч буларак дистилляцияләнгән су да кулланыла.
Төрле күләмдәге SA төрле пропорциядәге натрий лаурил сульфаты (SLS) белән 100 мл дистилляцияләнгән суга 800 әйләнү/мин һәм 75 °C температурада магнит болгаткыч ярдәмендә 1 сәгать дәвамында кушылды (1 нче таблица). SA эмульсияләре ике төркемгә бүленде: (1) 5, 10 һәм 15 г SA 100 мл дистилляцияләнгән суга (SATEOS1, SATEOS2 һәм SATEOS3) 0,10 г SLS белән кушылды, (2) 20, 30 һәм 50 г SA 0,15, 0,20 һәм 0,25 г SLS белән кушылды, 100 мл дистилляцияләнгән су белән (SATEOS4, SATEOS5 һәм SATEOS6) кушылды. 0,10 г SLS тиешле эмульсияләрне формалаштыру өчен 5, 10 һәм 15 г SA белән кулланылды. Аннары SATEOS4, SATEOS5 һәм SATEOS6 өчен SLS санын арттыру тәкъдим ителде. 1 нче таблицада тотрыклы эмульсия эремәләрен алу өчен кулланылган CA һәм SLS нисбәтләре күрсәтелгән.
100 мл стаканга 10 мл TEOS, 10 мл этанол (EA) һәм 20 мл дистилляцияләнгән су салыгыз. SA һәм SiO2 кабыкларының төрле нисбәтләренең капсуляция нәтиҗәлелеген өйрәнү өчен, барлык үрнәкләрнең синтез коэффициенты теркәлде. Катнашма магнит болгаткыч белән 400 әйләнү/мин һәм 60°C тизлектә 1 сәгать дәвамында болгатты. Аннары алдан алынган эремә әзерләнгән SA эмульсиясенә тамчылатып өстәлде, 800 әйләнү/мин һәм 75°C тизлектә 2 сәгать дәвамында нык болгатты һәм ак порошок алу өчен фильтрланды. Ак порошок калдык SAны алу өчен дистилляцияләнгән су белән юылды һәм 45°C температурада 24 сәгать вакуум мичендә киптерелде. Нәтиҗәдә, SiO2 кабыгы булган микрокапсуляцияләнгән SC алынды. Микрокапсуляцияләнгән SA синтезы һәм әзерләүнең бөтен процессы 1 нче рәсемдә күрсәтелгән.
SiO2 кабыгы булган SA микрокапсулалары золь-гель ысулы белән әзерләнгән, һәм аларның капсуляция механизмы 2 нче рәсемдә күрсәтелгән. Беренче адым SLS өслек актив матдә буларак кулланып, су эремәсендә SA эмульсиясен әзерләүне үз эченә ала. Бу очракта, SA молекуласының гидрофоб очы SLS белән, ә гидрофиль очы су молекулалары белән бәйләнә, тотрыклы эмульсия барлыкка китерә. Шулай итеп, SLSның гидрофоб өлешләре саклана һәм SA тамчысының өслеген каплап ала. Икенче яктан, TEOS эремәләренең гидролизы су молекулалары белән әкрен бара, бу этанол катнашында гидролизланган TEOS барлыкка килүенә китерә (2а рәсем) 49,50,51. Гидролизланган TEOS конденсация реакциясенә керә, аның барышында n-гидролизланган TEOS кремний диоксиды кластерларын барлыкка китерә (2б рәсем). Кремний диоксиды кластерлары SLS катнашында SA52 белән капсулаланган (2в рәсем), бу микрокапсуляция процессы дип атала.
SiO2 кабыгы белән CA микрокапсуляциясенең схематик диаграммасы (а) TEOS гидролизы (б) гидролизат конденсациясе һәм (в) SiO2 кабыгы белән CA инкапсуляциясе.
Күп күләмле SA һәм микрокапсулаланган SA химик анализы Фурье трансформациясе инфракызыл спектрометры (FT-IR, Perkin Elmer UATR Two, АКШ) ярдәмендә үткәрелде һәм спектрлар 500 дән 4000 см-1 гә кадәр диапазонда теркәлде.
SA фазаларының күләмен һәм микрокапсула материалларын анализлау өчен рентген дифрактометры (XRD, D/MAX-2500, Ригаку, Япония) кулланылды. Рентген структурасын сканерлау 2θ = 5°–95° диапазонында, 4°/мин сканерлау тизлегендә, 25 кВ һәм 100 мА эш шартларында, Cu-Kα нурланышын (λ = 1.541 Å) кулланып, өзлексез сканерлау режимында үткәрелде. Рентген сурәтләре 2θ = 5–50° диапазонында төзелде, чөнки барлык үрнәкләрдә дә 50° тан соң пик күзәтелмәде.
Күп күләмле SA химик халәтен, шулай ук ​​капсуляция материалындагы элементларны аңлау өчен рентген чыганагы буларак Al Kα (1486,6 эВ) кулланып рентген фотоэлектрон спектроскопиясе (XPS, Scienta Omicron R3000, АКШ) үткәрелде. Җыелган XPS спектрлары экзотик углерод (бәйләү энергиясе 284,6 эВ) кулланып C 1s пигына калибрланды. Ширли ысулы белән фон төзәтмәсеннән соң, һәр элементның югары ачыклык пиклары деконволюцияләнде һәм CASA XPS программасы ярдәмендә Гаусс/Лоренц функцияләренә туры китерелде.
Күп күләмле SC һәм микрокапсулаланган SC морфологиясе 15 кВ энергия таратучы рентген спектроскопиясе (EDS) белән җиһазландырылган сканерлаучы электрон микроскопиясе (SEM, MIRA3, TESCAN, Брно, Чехия) ярдәмендә тикшерелде. SEM сурәтләү алдыннан, заряд эффектларыннан саклану өчен үрнәкләр платина (Pt) белән капланды.
Җылылык үзлекләре (эрү/кату ноктасы һәм яшерен җылылык) һәм ышанычлылык (җылылык циклы) дифференциаль сканерлау калориметриясе (DSC, TA Instrument, Discovery DSC, Ньюкасл, АКШ) ярдәмендә 40°C һәм 90°C температурада 10°C/мин җылыту/суыту тизлегендә өзлексез азот чистарту белән билгеләнде. Авырлыкны югалту анализы TGA анализаторы (TA Instrument, Discovery TGA, Ньюкасл, АКШ) ярдәмендә 40–600°C температурада башланган өзлексез азот агымында, 10°C/мин җылыту тизлегендә үткәрелде.
3 нче рәсемдә күләмле SC һәм микрокапсулаланган SC (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 һәм SATEOS6) FTIR спектрлары күрсәтелгән. Барлык үрнәкләрдә дә (SA, шулай ук ​​микрокапсулаланган SA) 2910 см-1 һәм 2850 см-1 абсорбция пиклары –CH3 һәм –CH2 төркемнәренең симметрик сузылу тибрәнүләренә бәйле10,50. 1705 см-1 пик C=O бәйләнешенең тибрәнү сузылуына туры килә. 1470 см-1 һәм 1295 см-1 пиклары –OH функциональ төркеменең яссылык эчендәге бөкләнү тибрәнүенә бәйле, ә 940 см-1 һәм 719 см-1 пиклары яссылык эчендәге тибрәнүгә һәм чыганакка туры килә. -яссылык деформация тибрәнүенә, тиешенчә – OH төркеме. SA'ның 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 һәм 719 см-1 абсорбция пиклары барлык микрокапсулаланган SA'ларда да күзәтелде. Моннан тыш, SA микрокапсуласында Si-O-Si полосасының антисимметрик сузылу тибрәнүенә туры килә торган 1103 см-1 абсорбция пигы күзәтелде. FT-IR нәтиҗәләре Юань һ.б. белән туры килә. 50 Алар микрокапсулаланган SA'ны аммиак/этанол нисбәтендә уңышлы әзерләделәр һәм SA һәм SiO2 арасында химик үзара бәйләнеш булмавын ачыкладылар. Хәзерге FT-IR тикшеренү нәтиҗәләре күрсәткәнчә, SiO2 кабыгы SA'ны (үзәкне) конденсация процессы һәм гидролизланган TEOS полимеризациясе аша уңышлы каплаган. SA эчтәлеге түбәнрәк булганда, Si-O-Si полосасының пик интенсивлыгы югарырак (3b-d рәсем). SA күләме 15 г дан артыкка артканда, пикның интенсивлыгы һәм Si-O-Si полосасының киңәюе әкренләп кими, бу SA өслегендә SiO2 нечкә катламы барлыкка килүен күрсәтә.
(a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 һәм (g) SATEOS6 FTIR спектрлары.
Күп күләмле SA һәм микрокапсуляцияләнгән SA өчен рентген-диагностика үрнәкләре 4 нче рәсемдә күрсәтелгән. XRD пиклары JCPDS № 0381923, 02 буенча 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° \((\overline {5}), барлык үрнәкләрдә (311), 24.04° (602) һәм 39.98° (913) SA га карый. Өслекле актив матдә (SLS), башка калдык матдәләр һәм SiO250 микрокапсуляциясе кебек билгесез факторлар аркасында күп күләмле CA белән бозылу һәм гибридлык. Капсуляциядән соң, төп пикларның (300), (500), (311) һәм (602) интенсивлыгы күп күләмле CA белән чагыштырганда әкренләп кими, бу үрнәкнең кристалллыгы кимүен күрсәтә.
(a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 һәм (g) SATEOS6 рентгенограмма үрнәкләре.
SATEOS1 интенсивлыгы башка үрнәкләр белән чагыштырганда кискен кими. Барлык микрокапсуляцияләнгән үрнәкләрдә дә башка пиклар күзәтелмәде (4b–g рәсем), бу SA өслегендә химик үзара бәйләнеш түгел, ә SiO252 физик адсорбциясе булуын раслый. Моннан тыш, SA микрокапсуляциясе яңа структуралар барлыкка килүенә китермәгән дигән нәтиҗәгә дә килде. SiO2 SA өслегендә бернинди химик реакциясез кала, һәм SA күләме кимегән саен, булган пиклар ачыграк күренә башлый (SATEOS1). Бу нәтиҗә SiO2 нигездә SA өслеген каплауын күрсәтә. (700) ноктасындагы пик тулысынча юкка чыга, һәм \((\overline{5}02)\) ноктасындагы пик SATEOS 1дә бөкрегә әйләнә (4b рәсем), бу кристалллык кимүе һәм аморфизм артуы белән бәйле. SiO2 табигатьтә аморф, шуңа күрә 2θ = 19° тан 25° ка кадәр күзәтелгән пиклар бөкре һәм киңәюгә ия53 (4b–g рәсем), бу аморф SiO252 барлыгын раслый. Микрокапсуляцияләнгән SAның түбән дифракция пик интенсивлыгы кремний диоксидының эчке стенасының нуклеация эффекты һәм чикләүче кристаллашу үз-үзен тотышы белән бәйле49. SA эчтәлеге түбәнрәк булганда, күп күләмдә TEOS булу сәбәпле, калынрак кремний кабыгы барлыкка килә дип санала, ул күбесенчә SA тышкы өслегендә адсорбцияләнә. Ләкин, SA күләме арткан саен, эмульсия эремәсендә SA тамчыларының өслек мәйданы арта һәм дөрес капсуляция өчен күбрәк TEOS кирәк. Шуңа күрә, SA эчтәлеге югарырак булганда, FT-IRдагы SiO2 пигы басыла (3 нче рәсем), һәм XRFта 2θ = 19–25° янындагы дифракция пигының интенсивлыгы кими (4 нче рәсем) һәм киңәю дә кими. Күренми. Шулай да, 4 нче рәсемдә күренгәнчә, SA күләме 5 г (SATEOS1) дан 50 г (SATEOS6) га кадәр арту белән, пиклар күләмле SA га бик якын була, һәм (700) ноктасындагы пик барлык пик интенсивлыклары белән күренә. Бу нәтиҗә FT-IR нәтиҗәләре белән корреляцияләнә, анда SiO2 SATEOS6 пик интенсивлыгы 1103 см-1 да кими (3g рәсем).
SA, SATEOS1 һәм SATEOS6 составындагы элементларның химик халәтләре 1 һәм 2 нче рәсемнәрдә күрсәтелгән. 5, 6, 7 һәм 8 нче рәсемнәр һәм 2 нче таблица. SA, SATEOS1 һәм SATEOS6 өчен күпләп үлчәү сканерлары 5 нче рәсемдә күрсәтелгән, ә C 1s, O 1s һәм Si 2p өчен югары ачыклыклы сканерлар 5, 6, 7 һәм 8 нче рәсемнәрдә һәм 2, 6, 7 һәм 8 нче таблицаларда күрсәтелгән. XPS ярдәмендә алынган бәйләнеш энергиясе кыйммәтләре 2 нче таблицада гомумиләштерелгән. 5 нче рәсемнән күренгәнчә, SiO2 кабыгының микрокапсуляциясе булган SATEOS1 һәм SATEOS6 составында ачык Si 2s һәм Si 2p пиклары күзәтелгән. Элегрәк тикшеренүчеләр охшаш Si 2s пигы турында 155,1 eV54 дип хәбәр иткәннәр иде. SATEOS1 (5б рәсем) һәм SATEOS6 (5в рәсем) да Si пикларының булуы FT-IR (3 рәсем) һәм XRD (4 рәсем) мәгълүматларын раслый.
6а рәсемдә күрсәтелгәнчә, SA күләменең C 1 лары бәйләнеш энергиясендә өч төрле CC, халифатик һәм O=C=O пикларына ия, алар тиешенчә 284,5 эВ, 285,2 эВ һәм 289,5 эВ тәшкил итә. C–C, халифатик һәм O=C=O пиклары SATEOS1 (6б рәсем) һәм SATEOS6 (6в рәсем) да күзәтелде һәм 2 нче таблицада гомумиләштерелде. Моннан тыш, C 1 1 1 пик шулай ук ​​283,1 эВ (SATEOS1) һәм 283,5 эВ (SATEOS6) да өстәмә Si-C пикына туры килә. C–C, халифатик, O=C=O һәм Si–C өчен күзәтелгән бәйләнеш энергияләре башка чыганаклар белән яхшы корреляцияләнә55,56.
O1 SA, SATEOS1 һәм SATEOS6 XPS спектрлары 7a–c рәсемнәрендә күрсәтелгән. SA күләменең O1s пигы деконволюцияләнгән һәм ике пикка ия, атап әйткәндә, C=O/C–O (531.9 эВ) һәм C–O–H (533.0 эВ), ә SATEOS1 һәм SATEOS6ның O1 пигы бер үк. Бары тик өч пик кына бар: C=O/C–O, C–O–H һәм Si–OH55,57,58. SATEOS1 һәм SATEOS6дагы O1s бәйләнеш энергиясе SA күләме белән чагыштырганда бераз үзгәрә, бу кабык материалында SiO2 һәм Si-OH булу сәбәпле химик фрагментның үзгәрүе белән бәйле.
SATEOS1 һәм SATEOS6 өчен Si 2p XPS спектрлары 8a һәм b рәсемнәрдә күрсәтелгән. Күпләп CAда SiO2 булмау сәбәпле, Si 2p күзәтелмәде. Si 2p пигы SATEOS1 өчен 105,4 эВ һәм SATEOS6 өчен 105,0 эВ туры килә, бу Si-O-Si га туры килә, ә SATEOS1 пигы 103,5 эВ, ә SATEOS6 пигы 103,3 эВ, бу Si-OH55 га туры килә. SATEOS1 һәм SATEOS6'та Si-O-Si һәм Si-OH пикларын урнаштыру SA үзәк өслегендә SiO2'ның уңышлы микрокапсуляциясен күрсәтте.
Микрокапсуляцияләнгән материалның морфологиясе бик мөһим, ул эрүчәнлеккә, тотрыклылыкка, химик реактивлыкка, агымчанлыкка һәм ныклыкка тәэсир итә59. Шуңа күрә, 9 нчы рәсемдә күрсәтелгәнчә, күләмле SA (100×) һәм микрокапсуляцияләнгән SA (500×) морфологиясен характерлау өчен SEM кулланылды. 9а рәсеменнән күренгәнчә, SA блогы эллиптик формада. Кисәкчәләрнең зурлыгы 500 микроннан артып китә. Ләкин, микрокапсуляция процессы дәвам иткәч, морфология кискен үзгәрә, 9 б–г рәсемнәрендә күрсәтелгәнчә.
(a) SA (×100), (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 һәм (g) SATEOS6 өчен ×500 данәдәге SEM рәсемнәре.
SATEOS1 үрнәгендә, тупас өслекле кечерәк квазисферик SiO2 белән төрелгән SA кисәкчәләре күзәтелә (9б рәсем), бу TEOSның SA өслегендә гидролиз һәм конденсация полимерлашуы белән бәйле булырга мөмкин, бу этанол молекулаларының тиз диффузиясен тизләтә. Нәтиҗәдә, SiO2 кисәкчәләре утыра һәм агломерация күзәтелә52,60. Бу SiO2 кабыгы микрокапсулаланган CA кисәкчәләренә механик ныклык бирә һәм шулай ук ​​югарырак температураларда эрегән CA агып чыгуын булдырмый10. Бу нәтиҗә SiO2 булган SA микрокапсулаларын потенциаль энергия саклау материаллары буларак кулланырга мөмкин булуын күрсәтә61. 9б рәсемнән күренгәнчә, SATEOS1 үрнәгендә калын SiO2 катламы белән SAны каплаган тигез кисәкчәләр таралышы бар. Микрокапсулаланган SA (SATEOS1) кисәкчәләренең зурлыгы якынча 10–20 мкм (9б рәсем), бу SA эчтәлеге түбән булу сәбәпле, күләмле SA белән чагыштырганда күпкә кечерәк. Микрокапсула катламының калынлыгы гидролиз һәм прекурсор эремәсенең конденсация полимеризациясе аркасында барлыкка килә. Агломерация SA түбән дозаларында, ягъни 15 г га кадәр була (9b-d рәсем), ләкин доза арттырылу белән агломерация күзәтелми, ләкин ачык билгеләнгән сферик кисәкчәләр күзәтелә (9e-g рәсем) 62.
Моннан тыш, SLS өслек актив матдәсенең күләме даими булганда, SA эчтәлеге (SATEOS1, SATEOS2 һәм SATEOS3) шулай ук ​​нәтиҗәлелеккә, формага һәм кисәкчәләр зурлыгы таралышына тәэсир итә. Шулай итеп, SATEOS1 кечерәк кисәкчәләр зурлыгына, тигез таралышына һәм тыгыз өслеккә ия булуы ачыкланган (9б рәсем), бу SA гидрофиль характеры белән бәйле, ул даими өслек актив матдәсе63 астында икенчел ядро ​​барлыкка килүне стимуллаштыра. SA эчтәлеген 5тән 15 г га кадәр арттыру (SATEOS1, SATEOS2 һәм SATEOS3) һәм даими күләмдәге өслек актив матдәсен, ягъни 0,10 г SLS куллану (1 нче таблица), өслек актив матдә молекуласының һәр кисәкчәсенең өлеше кимиячәк, шуның белән кисәкчәләр зурлыгы һәм кисәкчәләр зурлыгы кимиячәк дип санала. SATEOS2 (9в рәсем) һәм SATEOS3 (9г рәсем) таралышы SATEOS 1 таралышыннан аерылып тора (9б рәсем).
SATEOS1 белән чагыштырганда (9б рәсем), SATEOS2 микрокапсулаланган SA тыгыз морфологиясен күрсәтте һәм кисәкчәләрнең зурлыгы артты (9в рәсем). Бу коагуляция тизлеген киметә торган агломерация 49 белән бәйле (2б рәсем). SLS арткан саен SC күләме арткан саен, микрокапсулаларның ачык күренә башлавы рәсемдә күрсәтелгәнчә, агрегация ничек бара. Моннан тыш, 9e–g рәсемнәрендә барлык кисәкчәләрнең дә формасы һәм зурлыгы ачык сферик булуы күрсәтелгән. Зур күләмдәге SA булганда, тиешле күләмдә кремний олигомерлары алынырга мөмкин, бу тиешле конденсация һәм инкапсуляциягә китерә, һәм шулай итеп, ачык билгеләнгән микрокапсулаларның барлыкка килүе ачыкланган49. SEM нәтиҗәләреннән күренгәнчә, SATEOS6 аз күләмдәге SA белән чагыштырганда тиешле микрокапсулаларны барлыкка китергән.
Күп күләмле SA һәм микрокапсула SA өчен энергия дисперсияле рентген спектроскопиясе (ЭДС) нәтиҗәләре 3 нче таблицада күрсәтелгән. Бу таблицадан күренгәнчә, Si эчтәлеге SATEOS1 (12,34%) тан SATEOS6 (2,68%) ка кадәр әкренләп кими. SA арту. Шуңа күрә, SA күләменең артуы SA өслегендә SiO2 утырмаларының кимүенә китерә дип әйтергә мөмкин. EDS51 ярымсанлы анализы аркасында 3 нче таблицада C һәм O эчтәлекләре өчен бердәм кыйммәтләр юк. Микрокапсулаланган SA'ның Si эчтәлеге FT-IR, XRD һәм XPS нәтиҗәләре белән корреляцияләнгән.
Күпләп SA, шулай ук ​​SiO2 кабыгы белән микрокапсуляцияләнгән SA эрү һәм катылану үз-үзен тотышы 1 һәм 2 нче рәсемнәрдә күрсәтелгән. Алар 10 һәм 11 нче рәсемнәрдә күрсәтелгән, ә җылылык мәгълүматлары 4 нче таблицада күрсәтелгән. Микрокапсуляцияләнгән SA эрү һәм катылану температуралары төрле булуы ачыкланган. SA күләме арткан саен, эрү һәм катылану температуралары арта һәм күпләп SA кыйммәтләренә якынлаша. SA микрокапсуляциясеннән соң, кремний диоксиды стенасы кристаллашу температурасын арттыра, һәм аның стенасы гетерогенлыкны арттыру өчен үзәк булып хезмәт итә. Шуңа күрә, SA күләме арткан саен, эрү (10 нчы рәсем) һәм катылану (11 нче рәсем) температуралары да әкренләп арта 49,51,64. Барлык микрокапсуляцияләнгән SA үрнәкләре арасында SATEOS6 иң югары эрү һәм катылану температураларын күрсәтте, аннан соң SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2 һәм SATEOS1.
SATEOS1 иң түбән эрү температурасын (68,97 °C) һәм катылану температурасын (60,60 °C) күрсәтә, бу кечерәк кисәкчәләр зурлыгы белән бәйле, анда микрокапсула эчендә SA кисәкчәләренең хәрәкәте бик кечкенә, ә SiO2 кабыгы калын катлам барлыкка китерә, шуңа күрә Төп Материал сузылуны һәм хәрәкәтне чикли49. Бу гипотеза SEM нәтиҗәләре белән бәйле, анда SATEOS1 кечерәк кисәкчәләр зурлыгын күрсәтте (9б рәсем), бу SA молекулалары микрокапсулаларның бик кечкенә мәйданында урнашкан булуы белән бәйле. Төп массаның, шулай ук ​​SiO2 кабыгы булган барлык SA микрокапсулаларының эрү һәм катылану температураларындагы аерма 6,10–8,37 °C диапазонында. Бу нәтиҗә SiO2 кабыгының яхшы җылылык үткәрүчәнлеге аркасында микрокапсулаланган SA потенциаль энергия саклау материалы буларак кулланылырга мөмкин икәнен күрсәтә 65.
4 нче таблицадан күренгәнчә, SATEOS6 барлык микрокапсуляцияләнгән SCлар арасында иң югары энтальпиягә ия (9g рәсем), чөнки SEM күзәткән дөрес капсуляция күзәтелә. SA тутыру тизлеген (1) тигезләмә ярдәмендә исәпләп була. (1) Микрокапсуляцияләнгән SA49ның яшерен җылылык мәгълүматларын чагыштырып.
R кыйммәте микрокапсуляцияләнгән SC-ның капсуляция дәрәҗәсен (%) күрсәтә, ΔHMEPCM,m микрокапсуляцияләнгән SC-ның яшерен кушылу җылылыгын, ә ΔHPCM,m SC-ның яшерен кушылу җылылыгын күрсәтә. Моннан тыш, төрү нәтиҗәлелеге (%) тагын бер мөһим техник параметр буларак исәпләнә, бу (1). (2)49 тигезләмәсендә күрсәтелгәнчә.
E кыйммәте микрокапсуляцияләнгән КАның капсуляция нәтиҗәлелеген (%) күрсәтә, ΔHMEPCM,s микрокапсуляцияләнгән КАның яшерен катыру җылылыгын, ә ΔHPCM,s КАның яшерен катыру җылылыгын күрсәтә.
4 нче таблицада күрсәтелгәнчә, SATEOS1-ның төрү дәрәҗәсе һәм нәтиҗәлелеге 71,89% һәм 67,68% тәшкил итә, ә SATEOS6-ның төрү дәрәҗәсе һәм нәтиҗәлелеге 90,86% һәм 86,68% тәшкил итә (4 нче таблица). SATEOS6 үрнәге барлык микрокапсулаланган SA-лар арасында иң югары капсулалаштыру коэффициентын һәм нәтиҗәлелеген күрсәтә, бу аның югары җылылык сыйдырышлыгын күрсәтә. Шуңа күрә каты матдәдән сыек матдәгә күчү өчен күп күләмдә энергия кирәк. Моннан тыш, суыту процессында барлык SA микрокапсулаларының һәм күп күләмле SA-ның эрү һәм катылану температураларындагы аерма микрокапсула синтезы вакытында кремний диоксиды кабыгының киңлектә чикләнгән булуын күрсәтә. Шулай итеп, нәтиҗәләр SC күләме арткан саен, капсулалаштыру тизлеге һәм нәтиҗәлелеге әкренләп арта икәнен күрсәтә (4 нче таблица).
Күләмле SA һәм SiO2 кабыгы булган микрокапсула SA (SATEOS1, SATEOS3 һәм SATEOS6) өчен TGA кәкреләре 12 нче рәсемдә күрсәтелгән. Күләмле SA (SATEOS1, SATEOS3 һәм SATEOS6) термик тотрыклылык үзлекләре микрокапсулаланган үрнәкләр белән чагыштырылды. TGA кәкресеннән күренгәнчә, күп SA һәм микрокапсулаланган SA авырлык югалтулары 40°C тан 190°C га кадәр шома һәм бик аз гына кимү күрсәтә. Бу температурада күп SC термик таркалуга дучар булмый, ә микрокапсулаланган SC 45°C температурада 24 сәгать киптергәннән соң да адсорбцияләнгән суны чыгара. Бу авырлыкның бераз кимүенә китерде,49 ләкин бу температурадан югарырак материал таркала башлады. SA эчтәлеге түбәнрәк булганда (ягъни SATEOS1), адсорбцияләнгән су эчтәлеге югарырак, шуңа күрә 190°C га кадәр масса югалту югарырак (12 нче рәсемдә кертелгән). Температура 190 °C тан артуга, үрнәк таркалу процесслары аркасында массасын югалта башлый. Күпләп SA 190 °C температурада таркала башлый һәм 260 °C температурада нибары 4% кала, ә SATEOS1, SATEOS3 һәм SATEOS6 бу температурада тиешенчә 50%, 20% һәм 12% саклый. 300 °C тан соң, күпләп SA массасын югалту якынча 97,60% тәшкил итте, ә SATEOS1, SATEOS3 һәм SATEOS6 массасын югалту якынча 54,20%, 82,40% һәм 90,30% тәшкил итте. SA эчтәлеге арткан саен, SiO2 эчтәлеге кими (3 нче таблица), һәм SEMда кабыкның нечкәләнүе күзәтелә (9 нчы рәсем). Шулай итеп, микрокапсуляцияләнгән SA авырлык югалтуы күләмле SA белән чагыштырганда түбәнрәк, бу SiO2 кабыгының уңай үзенчәлекләре белән аңлатыла, ул SA өслегендә углеродлы силикат-карбонат катламы барлыкка килүенә ярдәм итә, шуның белән SA үзәген изоляцияли һәм барлыкка килгән очучан продуктларның чыгуын әкренәйтә10. Бу күмер катламы термик таркалу вакытында физик саклагыч киртә барлыкка китерә, янучан молекулаларның газ фазасына күчүен чикли66,67. Моннан тыш, без авырлык югалтуның сизелерлек нәтиҗәләрен дә күрә алабыз: SATEOS1 SATEOS3, SATEOS6 һәм SA белән чагыштырганда түбәнрәк күрсәткечләр күрсәтә. Чөнки SATEOS1дагы SA күләме SATEOS3 һәм SATEOS6га караганда азрак, анда SiO2 кабыгы калын катлам тәшкил итә. Киресенчә, күләмле SAның гомуми авырлык югалтуы 415 °C температурада 99,50% ка җитә. Шулай да, SATEOS1, SATEOS3 һәм SATEOS6 415 °C температурада 62,50%, 85,50% һәм 93,76% авырлык югалтуын күрсәттеләр. Бу нәтиҗә TEOS өстәүнең SA өслегендә SiO2 катламы барлыкка китереп, SA таркалуын яхшыртуын күрсәтә. Бу катламнар физик саклагыч киртә барлыкка китерә ала, шуңа күрә микрокапсулаланган CA термик тотрыклылыгының яхшыруын күзәтергә мөмкин.
DSC51,52 нең 30 җылыту һәм суыту циклыннан соң күпләп SA һәм иң яхшы микрокапсулаланган үрнәкнең (мәсәлән, SATEOS 6) термик ышанычлылык нәтиҗәләре 13 нче рәсемдә күрсәтелгән. Күренә ки, күпләп SA (13а рәсем) эрү температурасында, катылануда һәм энтальпия кыйммәтендә бернинди аерма күрсәтми, ә SATEOS6 (13б рәсем) 30 нчы җылыту циклыннан соң да температурада һәм энтальпия кыйммәтендә бернинди аерма күрсәтми. Суыту процессыннан соң да күпләп SA эрү температурасы 72,10 °C, катылану температурасы 64,69 °C, ә беренче циклдан соң эрү һәм катылану җылылыгы 201,0 Дж/г һәм 194,10 Дж/г тәшкил иткән. 30 нчы циклдан соң, бу кыйммәтләрнең эрү температурасы 71,24 °C кадәр төште, катылану температурасы 63,53 °C кадәр төште, ә энтальпия кыйммәте 10% ка кимеде. Эрү һәм катылану температураларындагы үзгәрешләр, шулай ук ​​энтальпия кыйммәтләренең кимүе, күләмле CA микрокапсуляция булмаган кушымталар өчен ышанычсыз булуын күрсәтә. Ләкин, дөрес микрокапсуляция булганнан соң (SATEOS6), эрү һәм катылану температуралары һәм энтальпия кыйммәтләре үзгәрми (13b рәсем). SiO2 кабыклары белән микрокапсуляцияләнгәннән соң, SA оптималь эрү һәм катылану температуралары һәм тотрыклы энтальпия аркасында җылылык кушымталарында, бигрәк тә төзелештә фаза үзгәреше материалы буларак кулланылырга мөмкин.
SA (a) һәм SATEOS6 (b) үрнәкләре өчен 1 нче һәм 30 нчы җылыту һәм суыту циклларында алынган DSC кәкреләре.
Бу тикшеренүдә, үзәк материал буларак SA һәм кабык материалы буларак SiO2 кулланып, микрокапсуляцияне системалы тикшерү үткәрелде. TEOS SA өслегендә SiO2 терәк катламы һәм саклагыч катлам булдыру өчен алдан матдә буларак кулланыла. Микрокапсуляцияләнгән SA, FT-IR, XRD, XPS, SEM һәм EDS нәтиҗәләре уңышлы синтезланганнан соң, SiO2 барлыгын күрсәтте. SEM анализы күрсәткәнчә, SATEOS6 үрнәгендә SA өслегендә SiO2 кабыклары белән әйләндереп алынган яхшы билгеләнгән сферик кисәкчәләр бар. Ләкин, SA эчтәлеге түбәнрәк булган MEPCM агломерация күрсәтә, бу PCM эшчәнлеген киметә. XPS анализы микрокапсула үрнәкләрендә Si-O-Si һәм Si-OH барлыгын күрсәтте, бу SA өслегендә SiO2 адсорбциясен күрсәтте. Җылылык күрсәткечләре анализы буенча, SATEOS6 иң өметле җылылык саклау сәләтен күрсәтә, эрү һәм катыру температуралары 70,37°C һәм 64,27°C, ә эретү һәм катыруның яшерен җылылыгы 182,53 Дж/г һәм 160,12 Дж/г. Г. тәшкил итә. SATEOS6ның максималь төрү нәтиҗәлелеге 86,68% тәшкил итә. TGA һәм DSC җылылык циклы анализы SATEOS6ның 30 җылыту һәм суыту процессыннан соң да яхшы җылылык тотрыклылыгына һәм ышанычлылыгына ия булуын раслады.
Ян Т., Ван XY һәм Ли Д. Җылылык энергиясен саклау өчен термохимик каты-газ композит адсорбция системасының нәтиҗәлелеген анализлау һәм аның нәтиҗәлелеген арттыру. куллану. кайнар. инженер. 150, 512–521 (2019).
Фәрид, ММ, Худаир, АМ, Разак, С. һәм Әл-Халлаҗ, С. Фаза үзгәреше энергиясен саклауга күзәтү: материаллар һәм кушымталар. Энергия үзгәртү. Менеджер. 45, 1597–1615 (2004).
Регин А.Ф., Соланки С.С. һәм Сайни Дж.С. PCM капсулаларын кулланып җылылык энергиясен саклау системаларының җылылык тапшыру күрсәткечләре: күзәтү. яңарту. ярдәм. Energy Rev 12, 2438–2458 (2008).
Liu, M., Saman, W. һәм Bruno, F. Югары температуралы фаза үзгәреше термик саклау системалары өчен саклау материаллары һәм җылылык нәтиҗәлелеген арттыру технологияләренә күзәтү. яңарту. ярдәм. Energy Rev 16, 2118–2132 (2012).
Фан Гуойин, Ли Хун, Лю Сян, Ву СМ Нанокапсулаланган җылылык энергиясе n-тетрадекан фаза үзгәреше материалларын әзерләү һәм характеристикалау. Химик инженер. J. 153, 217–221 (2009).
Му, Б. һәм Ли, М. Кояш энергиясен үзгәртү һәм саклау өчен модификацияләнгән графен аэрогельләрен кулланып, формага тотрыклы фаза үзгәреше композит материалларын синтезлау. Көчле энергия материаллары. Көчле күзәнәк 191, 466–475 (2019).
Хуан, К., Альва, Г., Джиа, Ю. һәм Фан, Г. Җылылык энергиясен саклауда фаза үзгәреше материалларының морфологик характеристикасы һәм кулланылышы: күзәтү. яңарту. ярдәм. Энергия нәшрияты. 72, 128–145 (2017).