Nature.com saýtyna gireniňiz üçin sag boluň. Ulanýan brauzeriňiziň wersiýasynda CSS goldawy çäkli. Iň gowy netijeler üçin brauzeriňiziň täze wersiýasyny ulanmagyňyzy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gatnaşyklyk Režimini öçüriň). Şol bir wagtyň özünde, yzygiderli goldawy üpjün etmek üçin saýty stilizasiýasyz ýa-da JavaScript-siz görkezýäris.
Stearin turşusy (SA) energiýa saklaýjy enjamlarda faza üýtgeýän material (PCM) hökmünde ulanylýar. Bu gözlegde SiO2 gabyk surfaktantyny mikrokapsulirlemek üçin sol-gel usuly ulanyldy. Dürli möçberdäki SA (5, 10, 15, 20, 30 we 50 g) 10 ml tetraetil ortosilikatda (TEOS) kapsulalaşdyryldy. Sintezlenen mikrokapsulalaşdyrylan faza üýtgeýän material (MEPCM) Furýe transform infragyzyl spektroskopiýasy (FT-IR), rentgen difraksiýasy (XRD), rentgen fotoelektron spektroskopiýasy (XPS) we skanerleýji elektron mikroskopiýasy (SEM) arkaly häsiýetlendirildi. Häsiýetnamalaryň netijeleri SA-nyň SiO2 bilen üstünlikli kapsulalaşdyrylandygyny görkezdi. Termograwimetriki analiz (TGA) MEPCM-iň CA-dan has gowy termal durnuklylyga eýedigini görkezdi. Differensial skanerleýji kalorimetriýa (DSC) ulanylyp, MEPCM-iň entalpiýa gymmatynyň 30 gyzdyrmak-sowatmak siklinden soň hem üýtgemeýändigi anyklandy. Mikrokapsulalanan nusgalaryň arasynda MEPCM saklaýan 50 g SA iň ýokary gizlin ereme we gatylaşma ýylylygyna eýe boldy, olar degişlilikde 182.53 J/g we 160.12 J/g boldy. Gaplamanyň netijeliligi termal maglumatlar arkaly hasaplandy we şol bir nusga üçin iň ýokary netijelilik tapyldy, ol 86.68% boldy.
Gurluşyk senagatynda ulanylýan energiýanyň takmynan 58% -i jaýlary ýyladmak we sowatmak üçin ulanylýar1. Şonuň üçin iň zerur zat daşky gurşawyň hapalanmagyny hasaba alýan netijeli energiýa ulgamlaryny döretmekdir2. Faza üýtgeýän materiallary (FTÇ) ulanýan gizlin ýylylyk tehnologiýasy pes temperatura üýtgemelerinde ýokary energiýany saklap biler3,4,5,6 we ýylylyk geçirijiligi, gün energiýasyny saklamak, awiakosmos we howa kondisioneri ýaly ugurlarda giňden ulanylyp bilner7,8,9. FTÇ gündiz binanyň daşky böleginden ýylylyk energiýasyny özüne siňdirýär we gije energiýany çykarýar10. Şonuň üçin faza üýtgeýän materiallary ýylylyk energiýasyny saklamak materiallary hökmünde maslahat berilýär. Mundan başga-da, FTÇ-leriň dürli görnüşleri bar, mysal üçin, gaty-gaty, gaty-suwuk, suwuk-gaz we gaty-gaz11. Olaryň arasynda iň meşhur we ýygy-ýygydan ulanylýan faza üýtgeýän materiallar gaty-gaty faza üýtgeýän materiallar we gaty-suwuk faza üýtgeýän materiallardyr. Şeýle-de bolsa, suwuk-gaz we gaty-gaz faza geçiş materiallarynyň ägirt uly göwrüm üýtgemeleri sebäpli olary ulanmak örän kyn.
PCM öz häsiýetlerine görä dürli ulanylyşlara eýedir: 15°C-den aşak temperaturada ereýänler sowuk temperaturany saklamak üçin kondisioner ulgamlarynda ulanylyp bilner, 90°C-den ýokary temperaturada ereýänler bolsa ýangynlaryň öňüni almak üçin ýyladyş ulgamlarynda ulanylyp bilner12. Ulanylyşyna we ereme nokadynyň aralygyna baglylykda, dürli organiki we organiki däl himiki maddalardan dürli faza üýtgeýän materiallar sintez edildi13,14,15. Parafin ýokary gizlin ýylylyk, poslamaýanlyk, howpsuzlyk we giň ereme nokady aralygy bilen iň köp ulanylýan faza üýtgeýän materialdyr16,17,18,19,20,21.
Şeýle-de bolsa, faza üýtgeýän materiallaryň pes ýylylyk geçirijiligi sebäpli, faza üýtgeýän prosesde esasy materialyň syzmagynyň öňüni almak üçin olary daşky gatlakda (gaplama) ýerleşdirmek gerek22. Mundan başga-da, işleýiş ýalňyşlyklary ýa-da daşarky basyş daşky gatlaga (gaplama) zyýan ýetirip biler we ereýän faza üýtgeýän material gurluşyk materiallary bilen reaksiýa girip, içine goýlan polat çubuklaryň poslamagyna sebäp bolup, şeýlelik bilen binanyň hyzmat ediş ukybyny peseldýär23. Şonuň üçin, ýokardaky meseleleri çözüp biljek ýeterlik daşky material bilen örtülen faza üýtgeýän materialy sintez etmek möhümdir24.
Faza üýtgeýän materiallaryň mikrokapsulýasiýasy ýylylyk geçirijiligini netijeli ýokarlandyryp we daşky gurşawyň reaksiýasyny azaldyp, göwrüm üýtgemelerini gözegçilikde saklap biler. PCM kapsulýasiýasy üçin dürli usullar işlenip düzüldi, ýagny interfazial polimerleşme25,26,27,28, in situ polimerleşme29,30,31,32, koaserleşme33,34,35 we sol-gel prosesleri36,37,38,39. Formaldegid smolasyny mikrokapsulýasiýa üçin ulanyp bolýar40,41,42,43. Melamin-formaldegid we karbamid-formaldegid smolalary iş wagtynda köplenç zäherli formaldegid çykarýan gabyk materiallary hökmünde ulanylýar. Şonuň üçin bu materiallary gaplama proseslerinde ulanmak gadagan edilýär. Şeýle-de bolsa, ölçeklenip bilýän ýylylyk energiýasyny saklamak üçin ekologiýa taýdan arassa faza üýtgeýän materiallar ýag kislotalaryna we lignine 44 esaslanýan gibrid nanokapsulalary ulanyp sintezlenip bilner.
Çžan we beýlekiler 45 we beýlekiler tetraetil ortosilikatdan laurin turşusyny sintez etdiler we metiltrietoksisilan bilen tetraetil ortosilikatyň göwrüm gatnaşygynyň ýokarlanmagy bilen gizlin ýylylyk azalýar we ýüziň gidrofoblygy ýokarlanýar diýen netijä geldiler. Laurin turşusy kapok süýümleri üçin potensial we netijeli esasy material bolup biler46. Mundan başga-da, Latibari we beýlekiler 47 TiO2-ni gabyk material hökmünde ulanyp, stearin turşusy esasyndaky PCM-leri sintez etdiler. Çžu we beýlekiler n-oktadekan we silikon nanokapsulalaryny potensial PCM-ler hökmünde taýýarladylar 48. Edebiýatlaryň gözden geçirilmeginden, netijeli we durnukly mikrokapsulalanan faza üýtgeşme materiallarynyň emele gelmegi üçin maslahat berilýän dozany düşünmek kyn.
Şonuň üçin, awtorlaryň bilşine görä, mikrokapsulýasiýa üçin ulanylýan faza üýtgeýän materialyň möçberi netijeli we durnukly mikrokapsulýasiýa edilen faza üýtgeýän materiallaryny öndürmek üçin möhüm parametrdir. Faza üýtgeýän materialyň dürli mukdaryny ulanmak mikrokapsulýasiýa edilen faza üýtgeýän materialyň dürli häsiýetlerini we durnuklylygyny düşündirmäge mümkinçilik berer. Stearin kislotasy (ýag ​​kislotasy) ekologiýa taýdan arassa, lukmançylyk taýdan möhüm we ykdysady madda bolup, ol ýokary entalpiýa gymmatyna (~200 J/g) eýe we 72 °C-a çenli temperatura çydap bilýär. Mundan başga-da, SiO2 ýanmaýar, has ýokary mehaniki berkligi, ýylylyk geçirijiligini we esasy materiallara has gowy himiki garşylygy üpjün edýär we gurluşykda pozzolan material hökmünde hereket edýär. Sement suw bilen garylanda, ýaramaz kapsulýasiýa edilen PCM-ler mehaniki aşynma we uly beton gurluşlarynda emele gelýän ýokary temperatura (gidratasiýa ýylylygy) sebäpli ýarylyp bilýär. Şonuň üçin, SiO2 gabykly mikrokapsulýasiýa edilen CA-ny ulanmak bu meseläni çözüp biler. Şonuň üçin bu gözlegiň maksady gurluşyk ulgamlarynda sol-gel usuly bilen sintezlenen PCM-leriň işini we netijeliligini öwrenmekdi. Bu işde biz SiO2 gabyklaryna gaplanan 5, 10, 15, 20, 30 we 50 g dürli möçberdäki SA-ny (esasy material hökmünde) ulgamlaýyn öwrendik. SiO2 gabygynyň emele gelmegi üçin öňünden ergin hökmünde 10 ml göwrümdäki tetraetilorthosilikatyň (TEOS) belli bir mukdary ulanyldy.
Esasy material hökmünde reaktiw derejeli stearin kislotasy (SA, C18H36O2, ereme nokady: 72°C) Günorta Koreýanyň Gyeonggi-do şäherindäki Daejung Chemical & Metals Co., Ltd. kompaniýasyndan satyn alyndy. Öňünden ergin hökmünde tetraetilorthosilikat (TEOS, C8H20O4Si) Belgiýanyň Geel şäherindäki Acros Organics kompaniýasyndan satyn alyndy. Mundan başga-da, Günorta Koreýanyň Gyeonggi-do şäherindäki Daejung Chemical & Metals Co., Ltd. kompaniýasyndan absolýut etanol (EA, C2H5OH) we natriý lauril sulfaty (SLS, C12H25NaO4S) satyn alyndy we degişlilikde ergin we surfaktant hökmünde ulanyldy. Distillenen suw hem ergin hökmünde ulanylýar.
Dürli möçberdäki SA 100 ml distillenen suwda 800 aýlan/minutda we 75 °C-da magnit garyşdyryjy arkaly dürli proporsiýadaky natriý lauril sulfat (SLS) bilen 1 sagatlap garyşdyryldy (1-nji tablisa). SA emulsiýalary iki topara bölündi: (1) 5, 10 we 15 g SA 100 ml distillenen suwda (SATEOS1, SATEOS2 we SATEOS3) 0,10 g SLS bilen garyşdyryldy, (2) 20, 30 we 50 g SA 0,15, 0,20 we 0,25 g SLS bilen garyşdyryldy, 100 ml distillenen suw bilen (SATEOS4, SATEOS5 we SATEOS6) garyşdyryldy. Degişli emulsiýalary emele getirmek üçin 0,10 g SLS 5, 10 we 15 g SA bilen ulanyldy. Soňra SATEOS4, SATEOS5 we SATEOS6 üçin SLS sanyny köpeltmek teklip edildi. 1-nji tablisa durnukly emulsiýa erginlerini almak üçin ulanylýan CA we SLS-iň gatnaşyklary görkezýär.
100 ml stakana 10 ml TEOS, 10 ml etanol (EA) we 20 ml distillenen suw guýuň. SA we SiO2 gabyklarynyň dürli gatnaşyklaryna kapsulasiýanyň netijeliligini öwrenmek üçin ähli nusgalaryň sintez koeffisiýenti ýazylyp alyndy. Garyndy magnit garyşdyryjy bilen 400 aýlaw/minutda we 60°C tizlikde 1 sagatlap garyşdyryldy. Soňra öňünden taýýarlanan ergin taýýarlanan SA emulsiýasyna damjalaýyn goşuldy, 800 aýlaw/minutda we 75°C tizlikde 2 sagatlap güýçli garyşdyryldy we ak poroşok almak üçin süzgüçden geçirildi. Ak poroşok galan SA-ny aýyrmak üçin distillenen suw bilen ýuwuldy we 24 sagatlap 45°C temperaturada wakuum peçde guradyldy. Netijede, SiO2 gabygy bolan mikrokapsullanan SC alyndy. Mikrokapsullanan SA-nyň sinteziniň we taýýarlanmagynyň tutuş prosesi 1-nji suratda görkezilen.
SiO2 gabykly SA mikrokapsulalary sol-gel usuly bilen taýýarlanyldy we olaryň kapsulalaşma mehanizmi 2-nji suratda görkezilen. Ilkinji ädim, SLS-i surfaktant hökmünde ulanyp, suw ergininde SA emulsiýasyny taýýarlamagy öz içine alýar. Bu ýagdaýda, SA molekulasynyň gidrofob ujy SLS-e, gidrofil ujy bolsa suw molekulalaryna baglanyp, durnukly emulsiýa emele getirýär. Şeýlelik bilen, SLS-iň gidrofob bölekleri goralýar we SA damjasynyň ýüzüni örtýär. Beýleki tarapdan, TEOS erginleriniň gidrolizi suw molekulalary tarapyndan haýal bolup geçýär we etanolyň gatnaşmagynda gidrolizlenen TEOS-yň emele gelmegine getirýär (2a surat) 49,50,51. Gidrolizlenen TEOS kondensasiýa reaksiýasyna sezewar bolýar, bu döwürde n-gidrolizlenen TEOS kremniý klasterlerini emele getirýär (2b surat). Kwarts klasterleri SLS-iň gatnaşmagynda SA52 bilen kapsulalaşdyryldy (2c surat), bu bolsa mikrokapsulalaşma prosesi diýilýär.
SiO2 gabygy bilen CA-nyň mikrokapsulýasiýasynyň shematiki diagrammasy (a) TEOS-yň gidrolizi (b) gidrolizat kondensasiýa we (c) SiO2 gabygy bilen CA-nyň kapsulýalaşdyrylmagy.
Köp mukdarda SA-nyň we mikrokapsulalanan SA-nyň himiki analizi Furýe transform infragyzyl spektrometri (FT-IR, Perkin Elmer UATR Two, ABŞ) arkaly geçirildi we spektrler 500-den 4000 sm-1-e çenli aralykda ýazga alyndy.
SA fazalarynyň we mikrokapsula materiallarynyň umumy möçberini seljermek üçin rentgen difraktometri (XRD, D/MAX-2500, Rigaku, Ýaponiýa) ulanyldy. Rentgen gurluş skanirlemesi 2θ = 5°–95° aralygynda, 4°/min skanirleme tizligi bilen, 25 kV we 100 mA iş şertlerinde, üznüksiz skanirleme režiminde, Cu-Kα şöhlelenmesini (λ = 1.541 Å) ulanyp geçirildi. Rentgen suratlary 2θ = 5–50° aralygynda guruldy, sebäbi ähli nusgalarda 50°-den soň hiç hili pik syn edilmedi.
Rentgen fotoelektron spektroskopiýasy (XPS, Scienta Omicron R3000, ABŞ) SA-nyň himiki ýagdaýyny, şeýle hem kapsula materialynda bar bolan elementleri düşünmek üçin rentgen çeşmesi hökmünde Al Kα (1486.6 eV) ulanylyp geçirildi. Ýygnalan XPS spektrleri ekzotik uglerod (baglanyşyk energiýasy 284.6 eV) ulanylyp C 1s depesine çenli kalibrlendi. Şirli usuly arkaly fon düzedişinden soň, her elementiň ýokary çözgütli depeleri bölünip aýryldy we CASA XPS programma üpjünçiligi arkaly Gauss/Lorentzian funksiýalaryna laýyklaşdyryldy.
Köp mukdarda SC-niň we mikrokapsulalanan SC-niň morfologiýasy 15 kV-da energiýa dispersiýa rentgen spektroskopiýasy (EDS) bilen enjamlaşdyrylan skanerleýji elektron mikroskopiýa (SEM, MIRA3, TESCAN, Brno, Çehiýa Respublikasy) arkaly barlanyldy. SEM suratlandyryşyndan öň, zarýad täsirlerinden gaça durmak üçin nusgalar platina (Pt) bilen örtüldi.
Termal häsiýetler (ereme/gatama nokady we gizlin ýylylyk) we ygtybarlylyk (termal sikl) differensial skanirleme kalorimetriýasy (DSC, TA Instrument, Discovery DSC, Newcastle, ABŞ) arkaly 40°C we 90°C temperaturada üznüksiz azot arassalamak bilen 10°C/min gyzdyrmak/sowatmak tizliginde kesgitlenildi. Agramyň azalmagy analizi TGA analizatoryny (TA Instrument, Discovery TGA, New Castle, ABŞ) ulanyp, 40–600°C temperaturada başlap, 10°C/min gyzdyrmak tizligi bilen azotyň üznüksiz akymynda geçirildi.
3-nji suratda köpçülikleýin SC-niň, şeýle hem mikrokapsulalanan SC-niň (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 we SATEOS6) FTIR spektrleri görkezilýär. Ähli nusgalardaky (SA, şeýle hem mikrokapsulalanan SA) 2910 sm-1 we 2850 sm-1-däki siňdiriş pikleri degişlilikde –CH3 we –CH2 toparlarynyň simmetriki dartgyn titremelerine degişli10,50. 1705 sm-1-däki pik C=O baglanyşygynyň titreme dartgynlygyna gabat gelýär. 1470 sm-1 we 1295 sm-1-däki pikler –OH funksional toparynyň tekizlikdäki egilme titremesine degişli, 940 sm-1 we 719 sm-1-däki pikler bolsa degişlilikde tekizlikdäki titreme we çykymlylyk bilen baglanyşyklydyr. -tekizlik deformasiýasynyň titremesine degişli – OH topary. SA-nyň 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 we 719 sm-1-däki siňdiriş pikleri ähli mikrokapsulalanan SA-larda hem syn edildi. Mundan başga-da, SA mikrokapsulasynda Si-O-Si zolagynyň antisimmetriki uzalma titremesine laýyk gelýän 1103 sm-1-däki täze açylan pik syn edildi. FT-IR netijeleri Ýuan we beýlekiler bilen gabat gelýär. 50 Olar mikrokapsulalanan SA-ny ammiak/etanol gatnaşygynda üstünlikli taýýarladylar we SA bilen SiO2-niň arasynda hiç hili himiki özara täsiriň bolmandygyny anykladylar. Häzirki FT-IR gözleginiň netijeleri SiO2 gabygynyň kondensasiýa prosesi we gidrolizlenen TEOS-yň polimerleşmesi arkaly SA-ny (özegini) üstünlikli kapsulalaşdyrandygyny görkezýär. SA-nyň pes mukdarynda Si-O-Si zolagynyň iň ýokary intensiwligi has ýokarydyr (3b-d surat). SA-nyň mukdary 15 g-den köp artanda, pikiň intensiwligi we Si-O-Si zolagynyň giňelmegi kem-kemden azalýar, bu bolsa SA-nyň ýüzünde SiO2-niň inçe gatlagynyň emele gelendigini görkezýär.
(a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 we (g) SATEOS6-nyň FTIR spektrleri.
Köp mukdarda SA we mikrokapsulalanan SA-nyň XRD nagyşlary 4-nji suratda görkezilen. XRD depeleri JCPDS № 0381923, 02 görä 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° \((\overline {5}), ähli nusgalarda (311), 24.04° (602) we 39.98° (913) SA-a degişli. Surfaktant (SLS), beýleki galyndy maddalar we SiO250-iň mikrokapsulasiýasy ýaly näbelli faktorlar sebäpli köp mukdarda CA bilen bozulma we gibridlik. Kapsulasiýa bolandan soň, esasy depeleriň (300), (500), (311) we (602) intensiwligi köp mukdarda CA bilen deňeşdirilende kem-kemden azalýar, bu bolsa nusganyň kristallyk derejesiniň peselýändigini görkezýär.
(a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 we (g) SATEOS6-nyň rentgen şekilleri.
SATEOS1-iň intensiwligi beýleki nusgalara garanyňda keskin pese gaçýar. Ähli mikrokapsulalanan nusgalarda başga hiç hili pikler syn edilmedi (4b–g surat), bu bolsa SA ýüzünde himiki özara täsirleşme däl-de, SiO252-niň fiziki adsorbsiýasynyň bolýandygyny tassyklaýar. Mundan başga-da, SA-nyň mikrokapsulasiýasynyň täze gurluşlaryň peýda bolmagyna getirmeýändigi barada hem netije çykaryldy. SiO2 SA ýüzünde hiç hili himiki reaksiýa bolmazdan saklanyp galýar we SA-nyň mukdary azalansoň, bar bolan pikler has aýdyňlaşýar (SATEOS1). Bu netije SiO2-niň esasan SA ýüzüni kapsulalaşdyrýandygyny görkezýär. (700)-däki pik doly ýitip gidýär we \((\overline{5}02)\)-däki pik SATEOS 1-de depe bolýar (4b surat), bu bolsa kristallygyň peselmegi we amorfizmiň ýokarlanmagy bilen baglanyşyklydyr. SiO2 tebigaty boýunça amorfdyr, şonuň üçin 2θ = 19° -dan 25° -a çenli syn edilýän depeler depeli we giňelýändir53 (4b–g surat), bu bolsa amorf SiO252-niň bardygyny tassyklaýar. Mikrokapsulalanan SA-nyň pes difraksiýa pik intensiwligi kremniý içki diwarynyň ýadrolanma täsiri we çäklendiriji kristallaşma häsiýeti bilen baglanyşyklydyr49. SA mukdary pes bolanda, SA-nyň daşky ýüzünde esasan adsorbsiýa edilýän köp mukdarda TEOS-yň bolmagy sebäpli galyň kremniý gabygynyň emele gelýändigine ynanylýar. Şeýle-de bolsa, SA mukdary artdygyça, emulsiýa ergininde SA damjalarynyň ýüz meýdany artýar we dogry kapsulalamak üçin has köp TEOS gerek bolýar. Şonuň üçin, SA mukdary ýokary bolanda, FT-IR-däki SiO2 pik basylýar (3-nji surat) we XRF-de 2θ = 19–25° golaý difraksiýa pikiniň intensiwligi azalýar (4-nji surat) we giňelme hem azalýar. Görünmeýär. Şeýle-de bolsa, 4-nji suratda görkezilişi ýaly, SA-nyň mukdary 5 g-den (SATEOS1) 50 g-e (SATEOS6) çenli ýokarlanan badyna, pikler umumy SA-a örän ýakynlaşýar we (700)-däki pik ähli pik intensiwlikleri bilen peýda bolýar. Bu netije FT-IR netijeleri bilen baglanyşyklydyr, bu ýerde SiO2 SATEOS6 pikiniň intensiwligi 1103 sm-1-de peselýär (3g-nji surat).
SA, SATEOS1 we SATEOS6-da bar bolan elementleriň himiki ýagdaýlary 1-nji we 2-nji suratlarda görkezilen. 5, 6, 7 we 8-nji suratlar we 2-nji tablisa. SA, SATEOS1 we SATEOS6 üçin ölçeg skanirlemeleri 5-nji suratda, C 1s, O 1s we Si 2p üçin ýokary çözgütli skanirlemeler bolsa degişlilikde 5, 6, 7 we 8-nji suratlarda we 2. 6, 7 we 8-nji tablisalarda görkezilen. XPS arkaly alnan baglanyşyk energiýasynyň gymmatlyklary 2-nji tablisada jemlenen. 5-nji suratdan görnüşi ýaly, SiO2 gabygynyň mikrokapsulýasiýasynyň bolan SATEOS1 we SATEOS6-da aýdyň Si 2s we Si 2p pikleri syn edildi. Öňki barlagçylar 155.1 eV54-de meňzeş Si 2s pikiniň bardygyny habar berdiler. SATEOS1-de (5b-nji surat) we SATEOS6-da (5c-nji surat) Si pikleriniň bolmagy FT-IR (3-nji surat) we XRD (4-nji surat) maglumatlaryny tassyklaýar.
6a suratda görkezilişi ýaly, köpçülikleýin SA-nyň C 1-leriniň baglanyşyk energiýasynda CC, halifatiki we O=C=O üç dürli depesi bar, olar degişlilikde 284,5 eV, 285,2 eV we 289,5 eV. C–C, halifatiki we O=C=O depeleri SATEOS1-de (6b surat) we SATEOS6-da (6c surat) hem syn edildi we 2-nji tablisada jemlendi. Mundan başga-da, C 1s depesi 283,1 eV (SATEOS1) we 283,5 eV (SATEOS6) goşmaça Si-C depesine hem gabat gelýär. C–C, halifatiki, O=C=O we Si–C üçin synlanan baglanyşyk energiýalarymyz beýleki çeşmeler bilen gowy baglanyşyklydyr55,56.
O1 SA, SATEOS1 we SATEOS6-nyň XPS spektrleri degişlilikde 7a–c suratlarda görkezilen. SA-nyň umumy O1s depesi bölünen we iki depesi bar, ýagny C=O/C–O (531.9 eV) we C–O–H (533.0 eV), SATEOS1 we SATEOS6-nyň O1 bolsa yzygiderli. Diňe üç depe bar: C=O/C–O, C–O–H we Si–OH55,57,58. SATEOS1 we SATEOS6-daky O1s baglanyşyk energiýasy umumy SA-a garanyňda birneme üýtgeýär, bu bolsa gabyk materialynda SiO2 we Si-OH-yň bolmagy sebäpli himiki bölekde üýtgeme bilen baglanyşyklydyr.
SATEOS1 we SATEOS6-nyň Si 2p XPS spektrleri degişlilikde 8a we b suratlarda görkezilen. Köp mukdarda CA-da SiO2 ýoklugy sebäpli Si 2p syn edilmedi. Si 2p depesi SATEOS1 üçin 105,4 eV we SATEOS6 üçin 105,0 eV deň bolýar, bu Si-O-Si-e gabat gelýär, SATEOS1 depesi bolsa 103,5 eV we SATEOS6 depesi bolsa 103,3 eV bolup, Si-OH55-e gabat gelýär. SATEOS1 we SATEOS6-da Si-O-Si we Si-OH depeleriniň gabat gelmegi SA ýadro ýüzünde SiO2-niň üstünlikli mikrokapsulýasiýasyny görkezdi.
Mikrokapsulalanan materialyň morfologiýasy örän möhümdir, ol eriýjilige, durnuklylyga, himiki reaksiýa, akymlylyk we berklige täsir edýär59. Şonuň üçin, 9-njy suratda görkezilişi ýaly, SEM köpçülikleýin SA (100×) we mikrokapsulalanan SA (500×) morfologiýasyny häsiýetlendirmek üçin ulanyldy. 9a suratdan görnüşi ýaly, SA blok ellips görnüşine eýedir. Bölejikleriň ululygy 500 mikrondan geçýär. Şeýle-de bolsa, mikrokapsulasiýa prosesi dowam edensoň, 9b–g suratlarda görkezilişi ýaly, morfologiýa düýpli üýtgeýär.
(a) SA (×100), (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 we (g) SATEOS6-nyň ×500-däki SEM suratlary.
SATEOS1 nusgasynda, has kiçi kwazi-sferiki SiO2 bilen örtülen, gödek ýüzli SA bölejikleri syn edilýär (9b-nji surat), bu bolsa TEOS-yň SA ýüzünde gidroliz we kondensasiýa polimerleşmesi bilen baglanyşykly bolup biler, bu bolsa etanol molekulalarynyň çalt diffuziýasyny çaltlaşdyrýar. Netijede, SiO2 bölejikleri çökýär we aglomerasiýa syn edilýär52,60. Bu SiO2 gabygy mikrokapsulalanan CA bölejiklerine mehaniki berklik berýär we şeýle hem ýokary temperaturada ereýän CA-nyň syzmagynyň öňüni alýar10. Bu netije, SiO2 saklaýan SA mikrokapsulalarynyň potensial energiýa saklaýjy materiallar hökmünde ulanylyp bilinjekdigini görkezýär61. 9b-nji suratdan görnüşi ýaly, SA-ny gurşap alýan galyň SiO2 gatlagy bilen deň bölejik paýlanyşyna eýedir. Mikrokapsulalanan SA-nyň (SATEOS1) bölejikleriniň ululygy takmynan 10–20 μm (9b-nji surat), bu bolsa SA-nyň pes mukdary sebäpli köpçülikleýin SA-dan has kiçi. Mikrokapsula gatlagynyň galyňlygy öňünden taýýarlanan erginiň gidrolizi we kondensasiýa polimerleşmesi bilen baglanyşyklydyr. Aglomerasiýa SA-nyň pes dozalarynda, ýagny 15 g çenli bolup geçýär (9b-d surat), ýöne dozasy köpeldilensoň, aglomerasiýa syn edilmeýär, ýöne aýdyň kesgitlenen sferiki bölejikler syn edilýär (9e-g surat) 62.
Mundan başga-da, SLS surfaktantynyň mukdary üýtgewsiz bolanda, SA mukdarynyň (SATEOS1, SATEOS2 we SATEOS3) netijelilige, görnüşe we bölejikleriň ululygynyň paýlanyşyna hem täsir edýär. Şeýlelik bilen, SATEOS1-iň kiçi bölejikleriň ululygyny, deň paýlanyşyny we dykyz ýüzüni görkezýändigi anyklandy (9b-nji surat), bu bolsa SA-nyň gidrofil tebigatyna bagly bolup, ol yzygiderli surfaktant63 astynda ikinji ýadro döremegini höweslendirýär. SA mukdaryny 5-den 15 g-a çenli (SATEOS1, SATEOS2 we SATEOS3) artdyrmak we surfaktantyň yzygiderli mukdaryny, ýagny 0,10 g SLS ulanmak arkaly surfaktant molekulasynyň her bir bölejiginiň goşandynyň azaljakdygyna we şonuň bilen bölejikleriň ululygynyň we bölejikleriniň ululygynyň azaljakdygyna ynanylýar. SATEOS2-niň (9c-nji surat) we SATEOS3-iň (9d-nji surat) paýlanyşy SATEOS 1-iň paýlanyşyndan tapawutlanýar (9b-nji surat).
SATEOS1 bilen deňeşdirilende (9b-njy surat), SATEOS2 mikrokapsulalanan SA-nyň dykyz morfologiýasyny görkezdi we bölejikleriň ululygy ulaldy (9c-njy surat). Bu aglomerasiýa 49 sebäpli bolup, koagulýasiýa tizligini peseldýär (2b-nji surat). SLS-iň artmagy bilen SC-niň mukdary artanda, mikrokapsulalar aýdyň görünýär, bu bolsa agregasiýanyň nähili bolýandygyny görkezýär. Mundan başga-da, 9e–g suratlarynda ähli bölejikleriň görnüşi we ululygy boýunça aýdyň sferikidigi görkezilýär. SA-nyň köp mukdarynyň bolmagynda degişli mukdarda kremniý oligomerleriniň alnyp bilinjekdigi, degişli kondensasiýa we kapsulasiýanyň döremegine we şonuň üçin anyk kesgitlenen mikrokapsulalaryň emele gelmegine sebäp bolýandygy ykrar edildi49. SEM netijelerinden SATEOS6-nyň az mukdarda SA-a garanyňda degişli mikrokapsulalary emele getirendigi aýdyň görünýär.
SA-nyň we mikrokapsula SA-nyň energiýa dispersiýa rentgen spektroskopiýasynyň (EDS) netijeleri 3-nji tablisada görkezilen. Bu tablisadan görnüşi ýaly, Si mukdary SATEOS1-den (12.34%) SATEOS6-a (2.68%) çenli ýuwaş-ýuwaşdan azalýar. SA-nyň artmagy. Şonuň üçin SA mukdarynyň artmagynyň SA ýüzünde SiO2 çökündisiniň azalmagyna getirýändigini aýdyp bileris. EDS51-iň ýarym sanly seljermesi sebäpli 3-nji tablisada C we O mukdary üçin yzygiderli gymmatlyklar ýok. Mikrokapsulalanan SA-nyň Si mukdary FT-IR, XRD we XPS netijeleri bilen baglanyşykly boldy.
Köp mukdarda SA-nyň, şeýle hem SiO2 gabykly mikrokapsullanan SA-nyň ereme we gatylaşma häsiýeti 1-nji we 2-nji suratlarda görkezilen. Olar degişlilikde 10-njy we 11-nji suratlarda, termal maglumatlar bolsa 4-nji tablisada görkezilen. Mikrokapsullanan SA-nyň ereme we gatylaşma temperaturalarynyň dürli bolandygy anyklandy. SA mukdary artdygyça, ereme we gatylaşma temperaturalary artýar we köp mukdarda SA-nyň gymmatlyklaryna golaýlaşýar. SA mikrokapsullanandan soň, kremniý diwary kristallaşma temperaturasyny ýokarlandyrýar we onuň diwary dürliligi ýokarlandyrmak üçin ýadro hökmünde hereket edýär. Şonuň üçin, SA mukdary artdygyça, ereme (10-njy surat) we gatylaşma (11-nji surat) temperaturalary hem kem-kemden ýokarlanýar 49,51,64. Ähli mikrokapsullanan SA nusgalarynyň arasynda SATEOS6 iň ýokary ereme we gatylaşma temperaturalaryny görkezdi, ondan soň SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2 we SATEOS1 gelýär.
SATEOS1 iň pes ereme nokadyny (68.97 °C) we gatama temperaturasyny (60.60 °C) görkezýär, bu bolsa kiçi bölejik ölçegleri bilen baglanyşykly, onda mikrokapsulalaryň içinde SA bölejikleriniň hereketi örän kiçi we SiO2 gabygy galyň gatlak emele getirýär we şonuň üçin Esasy Material uzalmany we hereketi çäklendirýär49. Bu gipoteza SEM netijeleri bilen baglanyşykly, bu ýerde SATEOS1 kiçi bölejik ölçegini görkezdi (9b-nji surat), bu bolsa SA molekulalarynyň mikrokapsulalaryň örän kiçi bir meýdanynda ýerleşýändigi bilen baglanyşyklydyr. Esasy massanyň, şeýle hem SiO2 gabygy bolan ähli SA mikrokapsulalarynyň ereme we gatama temperaturasyndaky tapawut 6.10–8.37 °C aralygyndadyr. Bu netije, SiO2 gabygynyň 65 gowy ýylylyk geçirijiligi sebäpli mikrokapsulalanan SA-nyň potensial energiýa saklaýjy material hökmünde ulanylyp bilinjekdigini görkezýär.
4-nji tablisadan görnüşi ýaly, SEM arkaly syn edilen degişli kapsulasiýanyň netijesinde SATEOS6 ähli mikrokapsulalanan SC-leriň arasynda iň ýokary entalpiýa eýedir (9g surat). SA gaplama tizligini (1) deňleme arkaly hasaplap bolýar. (1) Mikrokapsulalanan SA49-yň gizlin ýylylyk maglumatlaryny deňeşdirmek arkaly.
R gymmaty mikrokapsulalanan SC-niň kapsulalaşma derejesini (%), ΔHMEPCM,m mikrokapsulalanan SC-niň gizlin garyşma ýylylygyny, ΔHPCM,m bolsa SC-niň gizlin garyşma ýylylygyny görkezýär. Mundan başga-da, gaplama netijeliligi (%) (1) deňlemede görkezilişi ýaly, başga bir möhüm tehniki parametr hökmünde hasaplanýar. (2)49.
E gymmaty mikrokapsulalanan CA-nyň kapsulalaşdyryş netijeliligini (%) görkezýär, ΔHMEPCM,s mikrokapsulalanan CA-nyň gizlin guryma ýylylygyny, ΔHPCM,s bolsa CA-nyň gizlin guryma ýylylygyny görkezýär.
4-nji tablisada görkezilişi ýaly, SATEOS1-iň gaplama derejesi we netijeliligi degişlilikde 71,89% we 67,68%, SATEOS6-nyň gaplama derejesi we netijeliligi bolsa degişlilikde 90,86% we 86,68% (4-nji tablisa). SATEOS6 nusgasy ähli mikrokapsulalanan SA-laryň arasynda iň ýokary kapsulalaşma koeffisiýentini we netijeliligini görkezýär, bu bolsa onuň ýokary ýylylyk kuwwatyny görkezýär. Şonuň üçin gaty ýagdaýdan suwuk ýagdaýa geçmek üçin köp mukdarda energiýa gerek. Mundan başga-da, sowadyş prosesinde ähli SA mikrokapsulalarynyň we köpçülikleýin SA-nyň ereme we gatylaşma temperaturasyndaky tapawut mikrokapsula sintezi wagtynda kremniý gabygynyň giňişlikde çäklendirilendigini görkezýär. Şeýlelik bilen, netijeler SC-niň mukdary artdygyça, kapsulalaşma tizliginiň we netijeliliginiň kem-kemden artýandygyny görkezýär (4-nji tablisa).
SiO2 örtükli (SATEOS1, SATEOS3 we SATEOS6) köpçülikleýin SA-nyň we mikrokapsula SA-nyň TGA egrileri 12-nji suratda görkezilen. Köp SA-nyň (SATEOS1, SATEOS3 we SATEOS6) termal durnuklylyk häsiýetleri mikrokapsulalanan nusgalar bilen deňeşdirildi. TGA egrisinden köpçülikleýin SA-nyň, şeýle hem mikrokapsulalanan SA-nyň agramynyň ýitmeginiň 40°C-dan 190°C-a çenli ýumşak we örän az peselýändigini görmek bolýar. Bu temperaturada köpçülikleýin SC termal parçalanmaga sezewar bolmaýar, mikrokapsulalanan SC bolsa 45°C-da 24 sagat guradylandan soň hem adsorbsiýa edilen suwy çykarýar. Bu agramyň az ýitmegine getirdi,49 ýöne bu temperaturadan soň material dargamaga başlady. Pes SA mukdarynda (ýagny SATEOS1), adsorbsiýa edilen suw mukdary ýokary bolýar we şonuň üçin 190°C-a çenli massa ýitgisi ýokary bolýar (12-nji suratda görkezilen). Temperatura 190 °C-den ýokary galanda, nusga parçalanma prosesleri sebäpli massasyny ýitirmäge başlaýar. SA-nyň umumy möçberi 190 °C-de parçalanmaga başlaýar we 260 °C-de diňe 4% galýar, şol bir wagtyň özünde SATEOS1, SATEOS3 we SATEOS6 bu temperaturada degişlilikde 50%, 20% we 12% saklaýar. 300 °C-den soň, SA-nyň umumy möçberiniň massa ýitgisi takmynan 97,60% boldy, SATEOS1, SATEOS3 we SATEOS6-nyň massa ýitgisi bolsa degişlilikde takmynan 54,20%, 82,40% we 90,30% boldy. SA-nyň mukdarynyň artmagy bilen SiO2-niň mukdary azalýar (3-nji tablisa) we SEM-de gabygynyň inçelmegi syn edilýär (9-njy surat). Şeýlelik bilen, mikrokapsulalanan SA-nyň agramynyň ýitmegi köpçülikleýin SA-a garanda has pes, bu bolsa SiO2 gabygynyň amatly häsiýetleri bilen düşündirilýär, ol SA-nyň ýüzünde uglerodly silikat-karbonat gatlagynyň emele gelmegine ýardam edýär, şeýlelik bilen SA özenini izolýasiýa edýär we emele gelen uçujy önümleriň çykmagyny haýalladýar10. Bu kömür gatlagy termiki parçalanma wagtynda fiziki gorag päsgelçiligini emele getirýär, ýanýan molekulalaryň gaz fazasyna geçmegini çäklendirýär66,67. Mundan başga-da, agramynyň ýitmeginiň möhüm netijelerini hem görüp bolýar: SATEOS1 SATEOS3, SATEOS6 we SA bilen deňeşdirilende has pes bahalary görkezýär. Sebäbi SATEOS1-däki SA mukdary SiO2 gabygy galyň gatlak emele getirýän SATEOS3 we SATEOS6-dakydan az. Tersine, köpçülikleýin SA-nyň umumy agramynyň ýitmegi 415 °C-de 99,50% -e ýetýär. Şeýle-de bolsa, SATEOS1, SATEOS3 we SATEOS6 415 °C-de degişlilikde 62.50%, 85.50% we 93.76% agram ýitirdi. Bu netije TEOS-yň goşulmagynyň SA-nyň ýüzünde SiO2 gatlagyny emele getirmek arkaly SA-nyň dargamagyny gowulandyrýandygyny görkezýär. Bu gatlaklar fiziki gorag päsgelçiligini emele getirip bilýär we şonuň üçin mikrokapsulalanan CA-nyň termal durnuklylygynyň gowulanandygyny görmek bolýar.
DSC51,52-niň 30 gyzdyrma we sowadyş siklinden soň köp mukdarda SA-nyň we iň gowy mikrokapsulalanan nusganyň (ýagny SATEOS 6) termal ygtybarlylygynyň netijeleri 13-nji suratda görkezilen. Köp mukdarda SA-nyň (13a surat) ereme temperaturasynda, gatama we entalpiýa gymmatynda hiç hili tapawut görkezmeýändigini, SATEOS6-nyň (13b surat) bolsa 30-njy gyzdyrma siklinden soň hem temperaturada we entalpiýa gymmatynda hiç hili tapawut görkezmeýändigini görmek bolýar. Köp mukdarda SA-nyň ereme temperaturasy 72,10 °C, gatama temperaturasy 64,69 °C, birinji siklinden soň bolsa erişme we gatama ýylylygy degişlilikde 201,0 J/g we 194,10 J/g boldy. 30-njy siklden soň, bu gymmatlyklaryň ereme nokady 71,24 °C-a çenli, gataplaşma temperaturasy 63,53 °C-a çenli we entalpiýa gymmaty 10% azaldy. Ereme we gataplaşma temperaturasyndaky üýtgeşmeler, şeýle hem entalpiýa gymmatlarynyň peselmegi, köpçülikleýin CA-nyň mikrokapsulýasiýa bolmadyk ulanylyşlar üçin ygtybarsyzdygyny görkezýär. Şeýle-de bolsa, degişli mikrokapsulýasiýa bolandan soň (SATEOS6), ereme we gataplaşma temperaturalary we entalpiýa gymmatlary üýtgemeýär (13b-nji surat). SiO2 gabyklary bilen mikrokapsulýasiýa edilenden soň, SA optimal ereme we gataplaşma temperaturalary we durnukly entalpiýa sebäpli termal ulanylyşlarda, esasanam gurluşykda faza üýtgeýän material hökmünde ulanylyp bilner.
1-nji we 30-njy gyzdyrma we sowadyş sikllerinde SA (a) we SATEOS6 (b) nusgalary üçin alnan DSC egrileri.
Bu gözlegde, esasy material hökmünde SA we daşky material hökmünde SiO2 ulanylyp, mikrokapsulýasiýa boýunça ulgamlaýyn barlag geçirildi. TEOS, SA ýüzünde SiO2 goldaw gatlagyny we gorag gatlagyny döretmek üçin başlangyç hökmünde ulanylýar. Mikrokapsulýasiýa edilen SA-nyň üstünlikli sintezinden soň, FT-IR, XRD, XPS, SEM we EDS netijeleri SiO2-niň bardygyny görkezdi. SEM seljermesi, SATEOS6 nusgasynyň SA ýüzünde SiO2 daşky gatlaklary bilen gurşalan gowy kesgitlenen sferiki bölejikleri görkezýändigini görkezýär. Şeýle-de bolsa, SA-nyň möçberi pes bolan MEPCM aglomerasiýa görkezýär, bu bolsa PCM-iň işini peseldýär. XPS seljermesi mikrokapsul nusgalarynda Si-O-Si we Si-OH-nyň bardygyny görkezdi, bu bolsa SiO2-niň SA ýüzünde adsorbsiýasyny ýüze çykardy. Termal görkezijileriň seljermesine görä, SATEOS6 iň geljegi uly ýylylyk saklaýyş ukybyny görkezýär, ereme we gatama temperaturasy degişlilikde 70,37°C we 64,27°C, ereme we gatama temperaturasy bolsa degişlilikde 182,53 J/g we 160,12 J/g. G. bilen. SATEOS6-nyň iň ýokary gaplama netijeliligi 86,68% -e deňdir. TGA we DSC termal sikl seljermesi SATEOS6-nyň 30 gezek gyzdyrma we sowadyş prosesinden soň hem gowy termal durnuklylygyna we ygtybarlylygyna eýedigini tassyklady.
Ýang T., Wang XY we Li D. Termohimiki gaty-gaz kompozit adsorbsiýa ulgamynyň termoenergiýa energiýasyny saklamak we onuň netijeliligini ýokarlandyrmak üçin netijeliligiň seljermesi. ulanylyş. gyzgyn. inžener. 150, 512–521 (2019).
Farid, MM, Khudhair, AM, Razak, S. we Al-Hallaj, S. Faza üýtgemeleriniň energiýa saklaýyşynyň syny: materiallar we ulanylyşlar. Energiýa öwrüjisi. Menejer. 45, 1597–1615 (2004).
Regin AF, Solanki SS we Saini JS PCM kapsulalaryny ulanyp, ýylylyk energiýasyny saklaýyş ulgamlarynyň ýylylyk geçirijilik görkezijileri: syn. täzelenme. goldaw. Energy Rev 12, 2438–2458 (2008).
Liu, M., Saman, W. we Bruno, F. Ýokary temperatura faza üýtgeşiklikleriniň termal saklaýyş ulgamlary üçin saklaýyş materiallarynyň we termal netijeliligi ýokarlandyrýan tehnologiýalaryň syny. täzelemek. goldaw. Energy Rev 16, 2118–2132 (2012).
Fang Guoying, Li Hong, Liu Xiang, Wu SM Nanokapsulalanan termal energiýa n-tetradekan faza üýtgeýän materiallarynyň taýýarlanylyşy we häsiýetlendirilmegi. Himiki inžener. J. 153, 217–221 (2009).
Mu, B. we Li, M. Gün energiýasyny öwürmek we saklamak üçin modifisirlenen grafen aerogellerini ulanyp, täze görnüşli durnukly faza üýtgeýän kompozit materiallaryň sintezi. Sol. Energiýa materiallary. Sol. Cell 191, 466–475 (2019).
Huang, K., Alva, G., Jia, Y., we Fang, G. Morfologiki häsiýetnama we faza üýtgeýän materiallaryň ýylylyk energiýasyny saklamakda ulanylyşy: syn. täzelenme. goldaw. Energiýa neşiri. 72, 128–145 (2017).