Mèsi paske ou te vizite Nature.com. Vèsyon navigatè w ap itilize a pa gen sipò CSS limite. Pou pi bon rezilta, nou rekòmande pou w itilize yon vèsyon navigatè w ki pi resan (oswa dezaktive Mòd Konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinyèl, n ap montre sit la san stil oswa JavaScript.
Asid stearik (SA) itilize kòm yon materyèl chanjman faz (PCM) nan aparèy depo enèji. Nan etid sa a, metòd sol-jèl la te itilize pou mikwo-ankapsule surfactant koki SiO2. Diferan kantite SA (5, 10, 15, 20, 30, ak 50 g) te ankapsule nan 10 mL tetraetil ortosilikat (TEOS). Materyèl chanjman faz mikwo-ankapsule sentetize a (MEPCM) te karakterize pa spektroskopi enfrawouj transfòme Fourier (FT-IR), difraksyon reyon X (XRD), spektroskopi fotoelektwon reyon X (XPS), ak mikwoskòp elektwonik optik (SEM). Rezilta karakterizasyon yo te montre ke SA te avèk siksè ankapsule pa SiO2. Analiz tèmogravimetrik (TGA) te montre ke MEPCM gen pi bon estabilite tèmik pase CA. Lè yo te itilize kalorimetri diferansyèl optik (DSC), yo te jwenn ke valè entalpi MEPCM pa t chanje menm apre 30 sik chofaj-refwadisman. Pami tout echantiyon mikwo-ankapsule yo, 50 g SA ki gen MEPCM te gen pi gwo chalè laten fizyon ak solidifikasyon, ki te 182.53 J/g ak 160.12 J/g, respektivman. Yo te kalkile valè efikasite anbalaj la lè l sèvi avèk done tèmik epi yo te jwenn pi gwo efikasite a pou menm echantiyon an ki te 86.68%.
Apeprè 58% nan enèji ki itilize nan endistri konstriksyon an itilize pou chofe ak refwadi bilding yo1. Se poutèt sa, bagay ki pi nesesè a se kreye sistèm enèji efikas ki pran an kont polisyon anviwònman an2. Teknoloji chalè laten ki itilize materyèl chanjman faz (PCM) ka estoke anpil enèji nan ti chanjman tanperati3,4,5,6 epi li ka lajman itilize nan domèn tankou transfè chalè, depo enèji solè, ayewospasyal ak èkondisyone7,8,9. PCM absòbe enèji tèmik nan eksteryè bilding yo pandan lajounen epi li libere enèji lannwit10. Se poutèt sa, materyèl chanjman faz yo rekòmande kòm materyèl depo enèji tèmik. Anplis de sa, gen diferan kalite PCM tankou solid-solid, solid-likid, likid-gaz ak solid-gaz11. Pami yo, materyèl chanjman faz ki pi popilè yo ak pi souvan itilize yo se materyèl chanjman faz solid-solid ak materyèl chanjman faz solid-likid. Sepandan, aplikasyon yo trè difisil akòz gwo chanjman volimèt materyèl tranzisyon faz likid-gaz ak solid-gaz yo.
PCM gen plizyè aplikasyon akòz pwopriyete li yo: sa yo ki fonn nan tanperati ki anba 15°C ka itilize nan sistèm èkondisyone pou kenbe tanperati frèt, epi sa yo ki fonn nan tanperati ki pi wo pase 90°C ka itilize nan sistèm chofaj pou anpeche dife12. Tou depan de aplikasyon an ak seri pwen fizyon an, yo te sentetize divès materyèl chanjman faz apati diferan pwodui chimik òganik ak inòganik13,14,15. Parafin se materyèl chanjman faz ki pi souvan itilize a ak chalè laten ki wo, ki pa koroziv, ki an sekirite ak yon seri pwen fizyon laj16,17,18,19,20,21.
Sepandan, akòz konduktivite tèmik ki ba nan materyèl chanjman faz yo, yo bezwen ankapsule nan yon kokiy (kouch ekstèn) pou anpeche flit materyèl baz la pandan pwosesis chanjman faz la22. Anplis de sa, erè operasyonèl oswa presyon ekstèn ka domaje kouch ekstèn lan (revètman), epi materyèl chanjman faz ki fonn nan ka reyaji ak materyèl konstriksyon yo, sa ki lakòz korozyon nan ba asye entegre yo, kidonk diminye sèvisabilite bilding lan23. Se poutèt sa, li enpòtan pou sentetize materyèl chanjman faz ankapsule ak ase materyèl kokiy, sa ki ka rezoud pwoblèm ki anwo yo24.
Mikwoenkapsulasyon materyèl chanjman faz yo ka efektivman ogmante transfè chalè epi redwi reyaktivite anviwònman an, epi kontwole chanjman volim yo. Yo devlope plizyè metòd pou enkapsulasyon PCM, sètadi polimerizasyon entèfasyal25,26,27,28, polimerizasyon in situ29,30,31,32, koaservasyon33,34,35 ak pwosesis sol-jèl36,37,38,39. Yo ka itilize rezin fòmaldeyid pou mikwoenkapsulasyon40,41,42,43. Yo itilize rezin melamin-fòmaldeyid ak ure-fòmaldeyid kòm materyèl kokiy, ki souvan emèt fòmaldeyid toksik pandan operasyon. Se poutèt sa, yo entèdi itilizasyon materyèl sa yo nan pwosesis anbalaj. Sepandan, yo ka sentetize materyèl chanjman faz ki respekte anviwònman an pou depo enèji tèmik évolutif lè l sèvi avèk nanokapsil ibrid ki baze sou asid gra ak lignin44.
Zhang et al. 45 et al. te sentetize asid lorik apati tetraetil ortosilikat epi yo te konkli ke pandan rapò volim metiltrietoksisilan ak tetraetil ortosilikat ogmante, chalè laten an diminye epi idrofobisite sifas la ogmante. Asid lorik la ka yon materyèl nwayo potansyèl ak efikas pou fib kapok46. Anplis de sa, Latibari et al. 47 te sentetize PCM ki baze sou asid stearik lè l sèvi avèk TiO2 kòm materyèl koki a. Zhu et al. te prepare n-oktadekàn ak nanokapsil silikon kòm PCM potansyèl 48. Apati yon revizyon literati a, li difisil pou konprann dòz rekòmande pou fòmasyon materyèl chanjman faz mikwoankapsule ki efikas ak ki estab.
Se poutèt sa, nan konesans otè yo, kantite materyèl chanjman faz ki itilize pou mikwo-enkapsulasyon an se yon paramèt enpòtan pou pwodiksyon materyèl chanjman faz mikwo-enkapsule ki efikas e ki estab. Itilizasyon diferan kantite materyèl chanjman faz ap pèmèt nou klarifye diferan pwopriyete ak estabilite materyèl chanjman faz mikwo-enkapsule yo. Asid stearik (asid gra) se yon sibstans ki respekte anviwònman an, ki enpòtan medikalman e ki ekonomik ki ka itilize pou estoke enèji tèmik paske li gen yon valè entalpi ki wo (~200 J/g) epi li ka reziste tanperati jiska 72 °C. Anplis de sa, SiO2 pa ka pran dife, li bay pi gwo rezistans mekanik, konduktivite tèmik ak pi bon rezistans chimik pou materyèl debaz yo, epi li aji kòm yon materyèl pozzolanik nan konstriksyon. Lè siman melanje ak dlo, PCM ki mal enkapsule yo ka fann akòz mete mekanik ak tanperati ki wo (chalè idratasyon) ki pwodui nan estrikti beton masif yo. Se poutèt sa, itilizasyon CA mikwo-enkapsule ak yon kokiy SiO2 ka rezoud pwoblèm sa a. Se poutèt sa, objektif etid sa a se te pou envestige pèfòmans ak efikasite PCM yo sentetize pa pwosesis sol-jèl nan aplikasyon konstriksyon. Nan travay sa a, nou te etidye sistematikman diferan kantite SA (kòm materyèl baz) 5, 10, 15, 20, 30 ak 50 g ankapsule nan kokiy SiO2. Yon kantite fiks tetraetilortosilikat (TEOS) nan yon volim 10 ml te itilize kòm yon solisyon prekisè pou fòmasyon kokiy SiO2 a.
Yo te achte asid stearik reyaktif (SA, C18H36O2, pwen fizyon: 72°C) kòm materyèl debaz la nan men Daejung Chemical & Metals Co., Ltd., Gyeonggi-do, Kore di Sid. Yo te achte tetraetilortosilikat (TEOS, C8H20O4Si) kòm yon solisyon prekisè nan men Acros Organics, Geel, Bèljik. Anplis de sa, yo te achte etanòl absoli (EA, C2H5OH) ak sodyòm loril silfat (SLS, C12H25NaO4S) nan men Daejung Chemical & Metals Co., Ltd, Gyeonggi-do, Kore di Sid, epi yo te itilize kòm solvan ak surfactant, respektivman. Yo itilize dlo distile tou kòm solvan.
Yo te melanje diferan kantite SA ak diferan pwopòsyon sodyòm lauril silfat (SLS) nan 100 mL dlo distile lè l sèvi avèk yon ajitatè mayetik nan 800 rpm ak 75 °C pandan 1 èdtan (Tablo 1). Yo te divize emilsyon SA yo an de gwoup: (1) Yo te melanje 5, 10 ak 15 g SA ak 0.10 g SLS nan 100 ml dlo distile (SATEOS1, SATEOS2 ak SATEOS3), (2) Yo te melanje 20, 30 ak 50 g SA ak 0.15, 0.20 ak 0.25 g SLS ak 100 ml dlo distile (SATEOS4, SATEOS5 ak SATEOS6). Yo te itilize 0.10 g SLS ak 5, 10 ak 15 g SA pou fòme emilsyon respektif yo. Apre sa, yo te pwopoze pou ogmante kantite SLS pou SATEOS4, SATEOS5 ak SATEOS6. Tablo 1 montre rapò CA ak SLS yo itilize pou jwenn solisyon emilsyon ki estab.
Mete 10 ml TEOS, 10 ml etanòl (EA) ak 20 ml dlo distile nan yon bechè 100 ml. Pou etidye efikasite enkapsulasyon diferan rapò kouch SA ak SiO2, yo te anrejistre koyefisyan sentèz tout echantiyon yo. Yo te brase melanj lan ak yon ajitatè mayetik a 400 rpm ak 60°C pandan 1 èdtan. Apre sa, yo te ajoute solisyon prekisè a gout pa gout nan emilsyon SA ki te prepare a, yo te brase l byen fò a 800 rpm ak 75°C pandan 2 èdtan, epi yo te filtre l pou jwenn yon poud blan. Yo te lave poud blan an ak dlo distile pou retire SA ki te rete a epi yo te seche l nan yon fou vakyòm a 45°C pandan 24 èdtan. Kòm rezilta, yo te jwenn yon SC mikwoenkapsule ak yon kouch SiO2. Yo montre tout pwosesis sentèz ak preparasyon SA mikwoenkapsule a nan Figi 1.
Mikwokapsil SA ak yon koki SiO2 yo te prepare pa metòd sol-jèl la, epi mekanis enkapsulasyon yo montre nan Figi 2. Premye etap la enplike prepare yon emilsyon SA nan yon solisyon akeuz ak SLS kòm yon tensioaktif. Nan ka sa a, bout idrofob molekil SA a mare ak SLS, epi bout idrofil la mare ak molekil dlo, pou fòme yon emilsyon ki estab. Kidonk, pati idrofob SLS yo pwoteje epi kouvri sifas gout SA a. Nan lòt men an, idwoliz solisyon TEOS yo fèt dousman pa molekil dlo, sa ki mennen nan fòmasyon TEOS idrolize an prezans etanòl (Fig. 2a) 49,50,51. TEOS idrolize a sibi yon reyaksyon kondansasyon, pandan ki TEOS n-idrolize a fòme gwoup silica (Fig. 2b). Gwoup silica yo te enkapsule pa SA52 an prezans SLS (Fig. 2c), sa yo rele pwosesis mikroenkapsulasyon an.
Dyagram eskematik mikwoenkapsulasyon CA ak yon kouch SiO2 (a) idwoliz TEOS (b) kondansasyon idroliza a ak (c) enkapsulasyon CA ak yon kouch SiO2.
Yo te fè analiz chimik SA an gwo ak SA mikwo-ankapsule a lè l sèvi avèk yon espektwomèt enfrawouj transfòme Fourier (FT-IR, Perkin Elmer UATR Two, USA) epi yo te anrejistre spectre yo nan yon entèval ant 500 ak 4000 cm-1.
Yo te itilize yon difraktomèt reyon X (XRD, D/MAX-2500, Rigaku, Japon) pou analize faz SA an gwo ak materyèl mikwokapsil yo. Yo te fè eskanè estriktirèl reyon X nan entèval 2θ = 5°–95° ak yon vitès eskanè 4°/min, lè l sèvi avèk radyasyon Cu-Kα (λ = 1.541 Å), kondisyon fonksyònman 25 kV ak 100 mA, nan mòd eskanè kontinyèl. Yo te konstwi imaj reyon X nan entèval 2θ = 5–50°, piske yo pa t obsève okenn pik apre 50° nan tout echantiyon yo.
Yo te fè spektroskopi fotoelektwon reyon X (XPS, Scienta Omicron R3000, Etazini) lè l sèvi avèk Al Kα (1486.6 eV) kòm sous reyon X pou konprann eta chimik SA an gwo ansanm ak eleman ki prezan nan materyèl enkapsulasyon an. Yo te kalibre spèk XPS yo kolekte yo sou pik C 1s la lè l sèvi avèk kabòn ekzotik (enèji lyezon 284.6 eV). Apre koreksyon background nan lè l sèvi avèk metòd Shirley la, yo te dekonvoluye pik wo rezolisyon chak eleman yo epi yo te adapte yo ak fonksyon Gaussyen/Lorentzian lè l sèvi avèk lojisyèl CASA XPS.
Yo te egzamine mòfoloji SC an gwo ak SC mikwo-ankapsule a lè l sèvi avèk mikwoskòp elektwonik optik (SEM, MIRA3, TESCAN, Brno, Repiblik Tchèk) ekipe ak spektroskopi reyon X dispèsyon enèji (EDS) nan 15 kV. Anvan imaj SEM yo, yo te kouvri echantiyon yo ak platinum (Pt) pou evite efè chaj.
Yo te detèmine pwopriyete tèmik yo (pwen fizyon/solidifikasyon ak chalè laten) ak fyab (siklaj tèmik) pa kalorimetri diferansyèl eskanè (DSC, TA Instrument, Discovery DSC, Newcastle, USA) nan yon vitès chofaj/refwadisman 10 °C/min a 40 °C ak 90 °C ak yon pij azòt kontinyèl. Yo te fè analiz pèt pwa a lè l sèvi avèk yon analizè TGA (TA Instrument, Discovery TGA, New Castle, USA) nan yon koule azòt kontinyèl kòmanse nan yon tanperati 40–600 °C, ak yon vitès chofaj 10 °C/min.
Figi 3 montre spèk FTIR SC an mas ansanm ak SC mikwo-ankapsule (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 ak SATEOS6). Pik absòpsyon yo nan 2910 cm-1 ak 2850 cm-1 nan tout echantiyon yo (SA ansanm ak SA mikwo-ankapsule) yo atribiye a vibrasyon simetrik gwoup –CH3 ak –CH2 yo, respektivman10,50. Pik la nan 1705 cm-1 koresponn ak etannman vibrasyonèl lyezon C=O a. Pik yo nan 1470 cm-1 ak 1295 cm-1 yo atribiye a vibrasyon koube nan plan gwoup fonksyonèl –OH la, pandan ke pik yo nan 940 cm-1 ak 719 cm-1 koresponn ak vibrasyon nan plan an ak vibrasyon defòmasyon nan plan sede a, respektivman – gwoup OH la. Yo te obsève tou pik absòpsyon SA nan 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 ak 719 cm-1 nan tout SA mikwo-ankapsule yo. Anplis de sa, yo te obsève yon pik ki fèk dekouvri nan 1103 cm-1 ki koresponn ak vibrasyon etannman antisimetrik bann Si-O-Si a nan mikwo-kapsil SA a. Rezilta FT-IR yo konsistan avèk Yuan et al. 50 Yo te prepare SA mikwo-ankapsule avèk siksè nan rapò amonyak/etanòl epi yo te jwenn ke pa gen okenn entèraksyon chimik ki te fèt ant SA ak SiO2. Rezilta etid FT-IR aktyèl la montre ke koki SiO2 a te reyisi ankapsule SA (nwayo a) atravè pwosesis kondansasyon an ak polimerizasyon TEOS idrolize a. Nan yon kontni SA ki pi ba, entansite pik bann Si-O-Si a pi wo (Fig. 3b-d). Pandan kantite SA a ap ogmante a plis pase 15 g, entansite pik la ak elajisman bann Si-O-Si a ap diminye piti piti, sa ki endike fòmasyon yon kouch mens SiO2 sou sifas SA a.
Espèk FTIR pou (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 ak (g) SATEOS6.
Modèl XRD SA an gwo ak SA mikwo-enkapsule yo montre nan Figi 4. Pik XRD yo sitiye nan 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° \((\overline {5}dapre JCPDS No. 0381923, 02)\), 21.42° nan tout echantiyon yo (311), 24.04° (602) ak 39.98° (913) yo asiyen a SA. Distòsyon ak ibridite ak CA an gwo akòz faktè ensèten tankou tensioaktif (SLS), lòt sibstans rezidyèl ak mikwo-enkapsulasyon SiO250. Apre enkapsulasyon an rive, entansite pik prensipal yo (300), (500), (311), ak (602) diminye piti piti konpare ak CA an gwo, sa ki endike yon diminisyon nan kristalinite echantiyon an.
Modèl XRD pou (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 ak (g) SATEOS6.
Entansite SATEOS1 la diminye rapidman konpare ak lòt echantiyon yo. Pa gen okenn lòt pik ki te obsève nan tout echantiyon mikwo-enkapsule yo (Fig. 4b-g), sa ki konfime ke adsorpsyon fizik SiO252 olye de entèraksyon chimik fèt sou sifas SA a. Anplis de sa, yo te konkli tou ke mikwo-enkapsulasyon SA pa t mennen nan aparans okenn nouvo estrikti. SiO2 rete entak sou sifas SA a san okenn reyaksyon chimik, epi pandan kantite SA a diminye, pik ki egziste deja yo vin pi evidan (SATEOS1). Rezilta sa a endike ke SiO2 sitou ankapsule sifas SA a. Pik la nan (700) disparèt nèt, epi pik la nan \((\overline{5}02)\) vin tounen yon bos nan SATEOS 1 (Fig. 4b), ki asosye avèk yon kristalinite redwi ak yon amorfis ogmante. SiO2 se yon bagay amorf, kidonk pik yo obsève soti nan 2θ = 19° rive nan 25° gen yon bos ak yon elajisman53 (Fig. 4b–g), ki konfime egzistans SiO252 amorf. Entansite pik difraksyon ki pi ba nan SA mikwo-ankapsule a se akòz efè nikleyasyon miray enteryè silica a ak konpòtman kristalizasyon limite a49. Yo kwè ke avèk yon kontni SA ki pi ba, yon kokiy silica ki pi epè fòme akòz prezans yon gwo kantite TEOS, ki lajman adsorbe sou sifas ekstèn SA a. Sepandan, pandan kantite SA a ogmante, sifas gout SA yo nan solisyon emilsyon an ogmante epi plis TEOS nesesè pou yon ankapsulasyon apwopriye. Se poutèt sa, avèk yon kontni SA ki pi wo, pik SiO2 nan FT-IR la siprime (Fig. 3), epi entansite pik difraksyon an toupre 2θ = 19–25° nan XRF (Fig. 4) diminye epi ekspansyon an diminye tou. Pa vizib. Sepandan, jan nou ka wè nan Figi 4 la, kou kantite SA a ogmante soti nan 5 g (SATEOS1) pou rive nan 50 g (SATEOS6), pik yo vin trè pre SA an jeneral, epi pik la nan (700) parèt ak tout entansite pik yo idantifye. Rezilta sa a korele ak rezilta FT-IR yo, kote entansite pik SiO2 SATEOS6 la diminye nan 1103 cm-1 (Fig. 3g).
Eta chimik eleman ki prezan nan SA, SATEOS1 ak SATEOS6 yo montre nan Figi 1 ak 2, Figi 5, 6, 7 ak 8 ak Tablo 2. Eskane mezi pou SA an gwo, SATEOS1 ak SATEOS6 yo montre nan Figi 5 epi eskane wo rezolisyon pou C 1s, O 1s ak Si 2p yo montre nan Figi 5, 6, 7 ak 8 ak Tablo 2, 6, 7 ak 8 respektivman. Valè enèji lyezon yo jwenn pa XPS yo rezime nan Tablo 2. Jan yo ka wè nan Figi 5, pik Si 2s ak Si 2p evidan yo te obsève nan SATEOS1 ak SATEOS6, kote mikwoenkapsulasyon koki SiO2 a te fèt. Chèchè anvan yo te rapòte yon pik Si 2s menm jan an nan 155.1 eV54. Prezans pik Si nan SATEOS1 (Fig. 5b) ak SATEOS6 (Fig. 5c) konfime done FT-IR (Fig. 3) ak XRD (Fig. 4) yo.
Jan yo montre nan Figi 6a, C 1s SA an gwo a gen twa pik diferan: CC, kalifatik, ak O=C=O nan enèji lyezon an, ki se 284.5 eV, 285.2 eV, ak 289.5 eV, respektivman. Pik C–C, kalifatik ak O=C=O yo te obsève tou nan SATEOS1 (Fig. 6b) ak SATEOS6 (Fig. 6c) epi yo rezime nan Tablo 2. Anplis de sa, pik C 1s la koresponn tou ak yon lòt pik Si-C nan 283.1 eV (SATEOS1) ak 283.5 eV (SATEOS6). Enèji lyezon nou obsève pou C–C, kalifatik, O=C=O ak Si–C korele byen ak lòt sous yo55,56.
Espèk XPS O 1 SA, SATEOS1 ak SATEOS6 yo montre nan Figi 7a-c, respektivman. Pik O 1s SA an gwo a dekonvoluye epi li gen de pik, sètadi C=O/C-O (531.9 eV) ak C-O-H (533.0 eV), alòske O 1 SATEOS1 ak SATEOS6 yo konsistan. Gen sèlman twa pik: C=O/C-O, C-O-H ak Si-OH55,57,58. Enèji lyezon O 1s nan SATEOS1 ak SATEOS6 chanje yon ti kras konpare ak SA an gwo a, ki asosye avèk yon chanjman nan fragman chimik la akòz prezans SiO2 ak Si-OH nan materyèl koki a.
Espèk XPS Si 2p SATEOS1 ak SATEOS6 yo montre nan Figi 8a ak b, respektivman. Nan CA an mas, yo pa t obsève Si 2p akòz absans SiO2. Pik Si 2p la koresponn ak 105.4 eV pou SATEOS1 ak 105.0 eV pou SATEOS6, ki koresponn ak Si-O-Si, alòske pik SATEOS1 la se 103.5 eV epi pik SATEOS6 la se 103.3 eV, ki koresponn ak Si-OH55. Anfòm pik Si-O-Si ak Si-OH nan SATEOS1 ak SATEOS6 te revele mikwoenkapsulasyon SiO2 ki reyisi sou sifas nwayo SA a.
Mòfoloji materyèl mikwo-ankapsule a trè enpòtan, li afekte solubilite, estabilite, reyaktivite chimik, fluidite ak fòs59. Se poutèt sa, yo te itilize SEM pou karakterize mòfoloji SA an gwo (100×) ak SA mikwo-ankapsule (500×), jan yo montre nan Figi 9. Jan yo ka wè nan Figi 9a, blòk SA a gen yon fòm eliptik. Gwosè patikil la depase 500 mikron. Sepandan, yon fwa pwosesis mikwo-ankapsulasyon an kontinye, mòfoloji a chanje dramatikman, jan yo montre nan Figi 9b–g.
Imaj SEM (a) SA (×100), (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 ak (g) SATEOS6 a ×500.
Nan echantiyon SATEOS1 la, yo obsève pi piti patikil SA kwazi-esferik ki vlope nan SiO2 ak yon sifas ki graj (Fig. 9b), ki ka akòz idwoliz ak polimerizasyon kondansasyon TEOS sou sifas SA a, ki akselere difizyon rapid molekil etanòl yo. Kòm rezilta, patikil SiO2 yo depoze epi yo obsève aglomerasyon52,60. Kokiy SiO2 sa a bay fòs mekanik nan patikil CA mikwo-enkapsule yo epi li anpeche tou flit CA fonn nan tanperati ki pi wo10. Rezilta sa a endike ke mikwo-kapsil SA ki gen SiO2 ka itilize kòm materyèl depo enèji potansyèl61. Jan yo ka wè nan Figi 9b, echantiyon SATEOS1 la gen yon distribisyon patikil inifòm ak yon kouch SiO2 epè ki ankapsule SA a. Gwosè patikil SA mikwo-enkapsule (SATEOS1) la se apeprè 10-20 μm (Fig. 9b), ki siyifikativman pi piti konpare ak SA an gwo akòz kontni SA ki pi ba a. Epesè kouch mikrokapsil la se akòz idwoliz ak polimerizasyon kondansasyon solisyon prekisè a. Aglomerasyon rive nan dòz SA ki pi ba, sa vle di jiska 15 g (Fig. 9b-d), men le pli vit ke dòz la ogmante, pa gen okenn aglomerasyon ki obsève, men patikil esferik byen defini yo obsève (Fig. 9e-g) 62.
Anplis de sa, lè kantite surfactant SLS la konstan, kontni SA a (SATEOS1, SATEOS2 ak SATEOS3) afekte tou efikasite, fòm ak distribisyon gwosè patikil yo. Kidonk, yo te jwenn ke SATEOS1 prezante yon gwosè patikil ki pi piti, yon distribisyon inifòm ak yon sifas dans (Fig. 9b), sa ki te atribiye a nati idrofil SA a ki ankouraje nikleyasyon segondè anba yon surfactant konstan63. Yo kwè ke lè yo ogmante kontni SA a soti nan 5 a 15 g (SATEOS1, SATEOS2 ak SATEOS3) epi lè l sèvi avèk yon kantite surfactant konstan, sa vle di 0.10 g SLS (Tablo 1), kontribisyon chak patikil nan molekil surfactant la ap diminye, kidonk diminye gwosè patikil la ak gwosè patikil la. Distribisyon SATEOS2 (Fig. 9c) ak SATEOS3 (Fig. 9d) diferan de distribisyon SATEOS 1 (Fig. 9b).
Konpare ak SATEOS1 (Fig. 9b), SATEOS2 te montre yon mòfoloji dans nan SA mikwo-ankapsule epi gwosè patikil la te ogmante (Fig. 9c). Sa a se akòz aglomerasyon 49, ki diminye vitès koagilasyon an (Fig. 2b). Pandan kantite SC a ogmante ak ogmantasyon SLS, mikrokapsil yo vin vizib klèman, jan yo montre nan Fig. kijan agregasyon fèt. Anplis de sa, Figi 9e-g montre ke tout patikil yo klèman esferik nan fòm ak gwosè. Li te rekonèt ke nan prezans gwo kantite SA, yo ka jwenn yon kantite apwopriye nan oligomè silica, sa ki lakòz kondansasyon ak enkapsulasyon apwopriye e pakonsekan fòmasyon mikrokapsil byen defini49. Apati rezilta SEM yo, li klè ke SATEOS6 te fòme mikrokapsil korespondan konpare ak yon ti kantite SA.
Rezilta spektroskopi reyon X dispèsyon enèji (EDS) SA an gwo ak SA mikwokapsil yo prezante nan Tablo 3. Jan nou ka wè nan tablo sa a, kontni Si a diminye piti piti soti nan SATEOS1 (12.34%) pou rive nan SATEOS6 (2.68%). Ogmantasyon nan SA. Kidonk, nou ka di ke yon ogmantasyon nan kantite SA mennen nan yon diminisyon nan depo SiO2 sou sifas SA a. Pa gen okenn valè ki konsistan pou kontni C ak O nan Tablo 3 akòz analiz semi-kantitatif EDS51 la. Kontni Si SA mikwokapsile a te korele ak rezilta FT-IR, XRD ak XPS.
Konpòtman fizyon ak solidifikasyon SA an gwo ansanm ak SA mikwo-enkapsule ak koki SiO2 yo montre nan Figi 1 ak 2. Yo montre yo nan Figi 10 ak 11 respektivman, epi done tèmik yo montre nan Tablo 4. Yo te jwenn tanperati fizyon ak solidifikasyon SA mikwo-enkapsule yo diferan. Ofiramezi kantite SA a ogmante, tanperati fizyon ak solidifikasyon yo ogmante epi apwoche valè SA an gwo. Apre mikwo-enkapsulasyon SA a, miray silica a ogmante tanperati kristalizasyon an, epi miray li aji kòm yon nwayo pou ankouraje eterogeneite. Se poutèt sa, ofiramezi kantite SA a ogmante, tanperati fizyon (Fig. 10) ak solidifikasyon (Fig. 11) yo ogmante tou piti piti49,51,64. Pami tout echantiyon SA mikwo-enkapsule yo, SATEOS6 te montre tanperati fizyon ak solidifikasyon ki pi wo yo, ki te swiv pa SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2, ak SATEOS1.
SATEOS1 montre pwen fizyon ki pi ba a (68.97 °C) ak tanperati solidifikasyon (60.60 °C), sa ki akòz gwosè patikil ki pi piti a kote mouvman patikil SA yo andedan mikrokapsil yo piti anpil epi koki SiO2 a fòme yon kouch epè e pakonsekan Materyèl Nwayo a limite detire ak mouvman49. Ipotèz sa a gen rapò ak rezilta SEM yo, kote SATEOS1 te montre yon gwosè patikil ki pi piti (Fig. 9b), ki akòz lefèt ke molekil SA yo limite nan yon zòn ki piti anpil nan mikrokapsil yo. Diferans nan tanperati fizyon ak solidifikasyon mas prensipal la, ansanm ak tout mikrokapsil SA ki gen koki SiO2, se nan seri 6.10–8.37 °C. Rezilta sa a endike ke SA mikwoankapsule ka itilize kòm yon materyèl depo enèji potansyèl akòz bon konduktivite tèmik koki SiO2 a 65.
Jan nou ka wè nan Tablo 4 la, SATEOS6 gen entalpi ki pi wo pami tout SC mikwo-ankapsule yo (Fig. 9g) akòz bon ankapsulasyon ki obsève pa SEM. Nou ka kalkile to anbalaj SA a lè nou itilize ekwasyon (1). (1) Lè nou konpare done chalè laten SA49 mikwo-ankapsule a.
Valè R a reprezante degre enkapsulasyon (%) SC mikwo-enkapsule a, ΔHMEPCM,m reprezante chalè laten fizyon SC mikwo-enkapsule a, epi ΔHPCM,m reprezante chalè laten fizyon SC a. Anplis de sa, efikasite anbalaj (%) kalkile kòm yon lòt paramèt teknik enpòtan, jan yo montre nan ekwasyon (1). (2)49.
Valè E a reprezante efikasite enkapsulasyon (%) CA mikwo-enkapsule a, ΔHMEPCM,s reprezante chalè laten geri CA mikwo-enkapsule a, epi ΔHPCM,s reprezante chalè laten geri CA a.
Jan Tablo 4 la montre, degre anbalaj ak efikasite SATEOS1 yo se 71.89% ak 67.68% respektivman, epi degre anbalaj ak efikasite SATEOS6 yo se 90.86% ak 86.68% respektivman (Tablo 4). Echantiyon SATEOS6 la montre koyefisyan ak efikasite enkapsulasyon ki pi wo pami tout SA mikwoenkapsule yo, sa ki endike gwo kapasite tèmik li. Se poutèt sa, tranzisyon soti nan solid rive nan likid mande gwo kantite enèji. Anplis de sa, diferans nan tanperati fizyon ak solidifikasyon tout mikrokapsil SA yo ak SA an gwo pandan pwosesis refwadisman an endike ke koki silica a limite espasyèlman pandan sentèz mikrokapsil la. Kidonk, rezilta yo montre ke pandan kantite SC a ogmante, vitès enkapsulasyon an ak efikasite a ogmante piti piti (Tablo 4).
Koub TGA SA an gwo ak SA mikwokapsil ak yon koki SiO2 (SATEOS1, SATEOS3 ak SATEOS6) yo montre nan Figi 12. Pwopriyete estabilite tèmik SA an gwo (SATEOS1, SATEOS3 ak SATEOS6) yo te konpare ak echantiyon mikwoankapsule yo. Li klè nan koub TGA a ke pèt pwa SA an gwo ansanm ak SA mikwoankapsule a montre yon diminisyon lis ak trè lejè soti nan 40 °C rive nan 190 °C. Nan tanperati sa a, SC an gwo pa sibi dekonpozisyon tèmik, tandiske SC mikwoankapsule a libere dlo adsorbe menm apre li fin seche a 45 °C pandan 24 èdtan. Sa lakòz yon ti pèt pwa,49 men pi lwen pase tanperati sa a materyèl la te kòmanse degrade. Nan yon kontni SA ki pi ba (sa vle di SATEOS1), kontni dlo adsorbe a pi wo e pakonsekan pèt mas jiska 190 °C pi wo (anndan nan Fig. 12). Kou tanperati a monte pi wo pase 190 °C, echantiyon an kòmanse pèdi mas akòz pwosesis dekonpozisyon yo. SA an gwo kòmanse dekonpoze a 190 °C epi se sèlman 4% ki rete a 260 °C, tandiske SATEOS1, SATEOS3 ak SATEOS6 kenbe 50%, 20% ak 12% nan tanperati sa a, respektivman. Apre 300 °C, pèt mas SA an gwo a te apeprè 97.60%, pandan ke pèt mas SATEOS1, SATEOS3, ak SATEOS6 te apeprè 54.20%, 82.40%, ak 90.30%, respektivman. Avèk yon ogmantasyon nan kontni SA a, kontni SiO2 a diminye (Tablo 3), epi yo obsève yon eklèsi nan koki a nan SEM lan (Fig. 9). Kidonk, pèt pwa SA mikwo-ankapsule a pi ba konpare ak SA an gwo, sa ki eksplike pa pwopriyete favorab koki SiO2 a, ki ankouraje fòmasyon yon kouch silikat-kabone sou sifas SA a, kidonk izole nwayo SA a epi ralanti liberasyon pwodwi temèt ki kapab lakòz yo10. Kouch chabon sa a fòme yon baryè pwoteksyon fizik pandan dekonpozisyon tèmik, limite tranzisyon molekil ki ka pran dife nan faz gaz la66,67. Anplis de sa, nou ka wè tou rezilta pèt pwa siyifikatif: SATEOS1 montre valè ki pi ba konpare ak SATEOS3, SATEOS6 ak SA. Sa a se paske kantite SA nan SATEOS1 pi piti pase nan SATEOS3 ak SATEOS6, kote koki SiO2 a fòme yon kouch epè. Okontrè, pèt pwa total SA an gwo a rive nan 99.50% a 415 °C. Sepandan, SATEOS1, SATEOS3, ak SATEOS6 te montre yon pèt pwa 62.50%, 85.50%, ak 93.76% respektivman, a 415 °C. Rezilta sa a endike ke adisyon TEOS amelyore degradasyon SA a lè li fòme yon kouch SiO2 sou sifas SA a. Kouch sa yo ka fòme yon baryè pwoteksyon fizik, e pakonsekan yo ka obsève yon amelyorasyon nan estabilite tèmik CA mikwo-ankapsule a.
Rezilta fyab tèmik SA an gwo ak pi bon echantiyon mikwo-ankapsule a (tankou SATEOS 6) apre 30 sik chofaj ak refwadisman DSC51,52 yo montre nan Figi 13. Nou ka wè ke SA an gwo (Figi 13a) pa montre okenn diferans nan tanperati fizyon, solidifikasyon ak valè entalpi, alòske SATEOS6 (Fig. 13b) pa montre okenn diferans nan tanperati ak valè entalpi menm apre 30yèm sik chofaj la ak pwosesis refwadisman an. SA an gwo te montre yon pwen fizyon 72.10 °C, yon tanperati solidifikasyon 64.69 °C, epi chalè fizyon ak solidifikasyon apre premye sik la te 201.0 J/g ak 194.10 J/g, respektivman. Apre 30yèm sik la, pwen fizyon valè sa yo te diminye a 71.24 °C, tanperati solidifikasyon an te diminye a 63.53 °C, epi valè entalpi a te diminye de 10%. Chanjman nan tanperati fizyon ak solidifikasyon, ansanm ak diminisyon nan valè entalpi yo, endike ke CA an gwo pa fyab pou aplikasyon ki pa mikwoenkapsulasyon. Sepandan, apre mikwoenkapsulasyon an byen fèt (SATEOS6), tanperati fizyon ak solidifikasyon yo ak valè entalpi yo pa chanje (Fig. 13b). Yon fwa li mikwoenkapsule ak kokiy SiO2, SA ka itilize kòm yon materyèl chanjman faz nan aplikasyon tèmik, espesyalman nan konstriksyon, akòz tanperati fizyon ak solidifikasyon optimal li yo ak entalpi ki estab.
Koub DSC yo jwenn pou echantiyon SA (a) ak SATEOS6 (b) nan 1ye ak 30yèm sik chofaj ak refwadisman yo.
Nan etid sa a, yo te fè yon envestigasyon sistematik sou mikwo-enkapsulasyon lè l sèvi avèk SA kòm materyèl debaz la ak SiO2 kòm materyèl kokiy la. Yo itilize TEOS kòm yon prekisè pou fòme yon kouch sipò SiO2 ak yon kouch pwoteksyon sou sifas SA a. Apre sentèz siksè SA mikwo-enkapsule a, rezilta FT-IR, XRD, XPS, SEM ak EDS yo te montre prezans SiO2. Analiz SEM montre ke echantiyon SATEOS6 la prezante patikil esferik byen defini ki antoure pa kokiy SiO2 sou sifas SA a. Sepandan, MEPCM ki gen pi ba kontni SA prezante aglomerasyon, ki diminye pèfòmans PCM. Analiz XPS te montre prezans Si-O-Si ak Si-OH nan echantiyon mikwo-kapsil yo, sa ki revele adsorpsyon SiO2 sou sifas SA a. Dapre analiz pèfòmans tèmik la, SATEOS6 montre kapasite depo chalè ki pi pwomèt la, ak tanperati fizyon ak solidifikasyon 70.37°C ak 64.27°C respektivman, ak chalè laten fizyon ak solidifikasyon 182.53 J/g ak 160.12 J/g. G respektivman. Efikasite anbalaj maksimòm SATEOS6 la se 86.68%. Analiz sik tèmik TGA ak DSC te konfime ke SATEOS6 toujou gen bon estabilite tèmik ak fyab menm apre 30 pwosesis chofaj ak refwadisman.
Yang T., Wang XY ak Li D. Analiz pèfòmans sistèm adsorpsyon konpozit solid-gaz tèmochimik pou depo enèji tèmik ak amelyorasyon efikasite li. application. hot. engineer. 150, 512–521 (2019).
Farid, MM, Khudhair, AM, Razak, S. ak Al-Hallaj, S. Yon revizyon sou depo enèji chanjman faz: materyèl ak aplikasyon. Konvètisè enèji. Manager. 45, 1597–1615 (2004).
Regin AF, Solanki SS ak Saini JS Pèfòmans transfè chalè sistèm depo enèji tèmik lè l sèvi avèk kapsil PCM: yon revizyon. Mizajou. Sipò. Energy Rev 12, 2438–2458 (2008).
Liu, M., Saman, W. ak Bruno, F. Yon Revizyon sou Materyèl Depo ak Teknoloji Amelyorasyon Pèfòmans Tèmik pou Sistèm Depo Tèmik Chanjman Faz Tanperati Segondè. mizajou. sipò. Energy Rev 16, 2118–2132 (2012).
Fang Guoying, Li Hong, Liu Xiang, Wu SM Preparasyon ak karakterizasyon materyèl chanjman faz n-tetradecane enèji tèmik nanoenkapsule. Enjenyè chimik. J. 153, 217–221 (2009).
Mu, B. ak Li, M. Sentèz nouvo materyèl konpoze chanjman faz ki estab nan fòm lè l sèvi avèk aerojèl grafèn modifye pou konvèsyon ak depo enèji solè. Sol. Materyèl enèji. Sol. Cell 191, 466–475 (2019).
Huang, K., Alva, G., Jia, Y., ak Fang, G. Karakterizasyon mòfolojik ak aplikasyon materyèl chanjman faz nan depo enèji tèmik: yon revizyon. Mizajou. Sipò. Energy Ed. 72, 128–145 (2017).