Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com. Tá tacaíocht theoranta do CSS sa leagan brabhsálaí atá in úsáid agat. Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer). Idir an dá linn, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, déanfaimid an suíomh a rindreáil gan stíleanna ná JavaScript.
Tá sciar den mhargadh atá ag córais cuisniúcháin adsúite agus caidéil teasa fós sách beag i gcomparáid le córais chomhbhrúiteora traidisiúnta. In ainneoin an bhuntáiste ollmhór a bhaineann le teas saor a úsáid (in ionad obair leictreach daor), tá cur i bhfeidhm córas atá bunaithe ar phrionsabail adsúite teoranta fós do roinnt feidhmchlár sonrach. Is é an míbhuntáiste is mó a chaithfear a dhíchur ná an laghdú ar chumhacht shonrach mar gheall ar sheoltacht theirmeach íseal agus cobhsaíocht íseal an adsorbent. Tá córais cuisniúcháin adsúite tráchtála den scoth faoi láthair bunaithe ar adsorbers atá bunaithe ar mhalartóirí teasa pláta atá brataithe chun an cumas fuaraithe a bharrfheabhsú. Tá na torthaí ar eolas go maith go mbíonn laghdú ar an impedance aistrithe maise mar thoradh ar thiús an sciath a laghdú, agus go méadaíonn méadú ar an gcóimheas achar dromchla go toirt de na struchtúir sheoltacha cumhacht gan cur isteach ar éifeachtúlacht. Is féidir leis na snáithíní miotail a úsáidtear san obair seo achar dromchla sonrach a sholáthar sa raon 2500–50,000 m2/m3. Léiríonn trí mhodh chun sciatháin an-tanaí ach cobhsaí de hiodráití salainn a fháil ar dhromchlaí miotail, lena n-áirítear snáithíní miotail, chun sciatháin a tháirgeadh malartóir teasa ard-dlúis chumhachta den chéad uair. Roghnaítear an chóireáil dromchla atá bunaithe ar anóidiú alúmanaim chun nasc níos láidre a chruthú idir an sciath agus an tsubstráit. Rinneadh anailís ar mhicreastruchtúr an dromchla mar thoradh air sin ag baint úsáide as micreascópacht leictreon scanála. Baineadh úsáid as speictreascópacht infridhearg claochlaithe Fourier le machnamh iomlán laghdaithe agus speictreascópacht X-ghathaithe scaipthe fuinnimh chun a sheiceáil an raibh na speicis inmhianaithe i láthair sa mheasúnacht. Deimhníodh a gcumas hiodráití a fhoirmiú trí anailís theirmeagrafaiméadrach chomhcheangailte (TGA)/anailís theirmeagrafaiméadrach difreálach (DTG). Fuarthas droch-chaighdeán os cionn 0.07 g (uisce)/g (ilchodach) sa sciath MgSO4, ag taispeáint comharthaí díhiodráitithe ag thart ar 60 °C agus in-athchruthaithe tar éis athhiodráitithe. Fuarthas torthaí dearfacha freisin le SrCl2 agus ZnSO4 le difríocht maise de thart ar 0.02 g/g faoi bhun 100 °C. Roghnaíodh hiodrocsa-eitileceallalós mar bhreiseán chun cobhsaíocht agus greamaitheacht an sciath a mhéadú. Rinneadh meastóireacht ar airíonna ionsúiteacha na dtáirgí trí TGA-DTG comhuaineach agus tréithríodh a ngreamaitheacht le modh bunaithe ar na tástálacha a thuairiscítear in ISO2409. Feabhsaítear comhsheasmhacht agus greamaitheacht an sciath CaCl2 go suntasach agus a chumas ionsúite á choinneáil le difríocht meáchain de thart ar 0.1 g/g ag teochtaí faoi bhun 100 °C. Ina theannta sin, coinníonn MgSO4 an cumas hiodráití a fhoirmiú, ag taispeáint difríocht maise de níos mó ná 0.04 g/g ag teochtaí faoi bhun 100 °C. Ar deireadh, déantar scrúdú ar shnáithíní miotail brataithe. Léiríonn na torthaí gur féidir le seoltacht theirmeach éifeachtach an struchtúir snáithíní atá brataithe le Al2(SO4)3 a bheith 4.7 huaire níos airde i gcomparáid le toirt Al2(SO4)3 íon. Rinneadh scrúdú amhairc ar sciath na sciath a ndearnadh staidéar orthu, agus rinneadh meastóireacht ar an struchtúr inmheánach ag baint úsáide as íomhá micreascópach de na trasghearrthacha. Fuarthas sciath de Al2(SO4)3 le tiús de thart ar 50 µm, ach ní mór an próiseas foriomlán a bharrfheabhsú chun dáileadh níos aonfhoirmí a bhaint amach.
Tá go leor airde tugtha ar chórais ionsúcháin le roinnt blianta anuas toisc go soláthraíonn siad rogha eile atá neamhdhíobhálach don chomhshaol seachas caidéil teasa comhbhrúite nó córais cuisniúcháin thraidisiúnta. Le caighdeáin chompord ag ardú agus meánteochtaí domhanda, féadfaidh córais ionsúcháin an spleáchas ar bhreoslaí iontaise a laghdú go luath amach anseo. Ina theannta sin, is féidir aon fheabhsuithe i gcuisniú nó i gcaidéil teasa ionsúcháin a aistriú chuig stóráil fuinnimh theirmigh, rud a léiríonn méadú breise ar an gcumas chun fuinneamh príomhúil a úsáid go héifeachtúil. Is é príomhbhuntáiste caidéil teasa ionsúcháin agus córais cuisniúcháin ná gur féidir leo oibriú le mais teasa íseal. Fágann sé seo go bhfuil siad oiriúnach do fhoinsí teocht íseal amhail fuinneamh gréine nó teas dramhaíola. Maidir le feidhmeanna stórála fuinnimh, tá buntáiste ag baint le hionsúchán go bhfuil dlús fuinnimh níos airde agus níos lú diomailt fuinnimh níos lú i gcomparáid le stóráil teasa intuigthe nó folaigh.
Leanann caidéil teasa adsúite agus córais cuisniúcháin an timthriall teirmidinimiceach céanna agus a leanann a gcomhghleacaithe comhbhrú gaile. Is é an príomhdhifríocht ná go gcuirtear adsorbóirí in ionad comhpháirteanna an chomhbhrúiteora. Tá an eilimint in ann gal cuisneáin ísealbhrú a adsú ag teochtaí measartha, ag galú níos mó cuisneáin fiú nuair a bhíonn an leacht fuar. Is gá fuarú leanúnach an adsorbóra a chinntiú chun enthalpa an adsúite (eacsaitéirm) a eisiamh. Athghintear an t-adsorbóir ag teocht ard, rud a fhágann go ndí-ionsúitear gal an chuisneáin. Caithfidh téamh leanúint ar aghaidh chun enthalpa an dí-ionsúite (eindéitéirmeach) a sholáthar. Toisc go bhfuil athruithe teochta mar shaintréithe do phróisis adsúite, éilíonn dlús ardchumhachta seoltacht theirmeach ard. Mar sin féin, is í an seoltacht theirmeach íseal an míbhuntáiste is mó i bhformhór na n-iarratas.
Is é an phríomhfhadhb a bhaineann le seoltacht ná a luach meánach a mhéadú agus an cosán iompair a sholáthraíonn sreabhadh na ngal adsúite/dí-asúite a choinneáil ag an am céanna. Úsáidtear dhá chur chuige go coitianta chun seo a bhaint amach: malartóirí teasa ilchodacha agus malartóirí teasa brataithe. Is iad na hábhair ilchodacha is mó tóir agus is rathúla ná iad siúd a úsáideann breiseáin charbónbhunaithe, eadhon graifít leathnaithe, carbón gníomhachtaithe, nó snáithíní carbóin. Rinne Oliveira et al. 2 púdar graifíte leathnaithe a thuiliú le clóiríd chailciam chun adsorber a tháirgeadh le cumas fuaraithe sonrach (SCP) suas le 306 W/kg agus comhéifeacht feidhmíochta (COP) suas le 0.46. Mhol Zajaczkowski et al. 3 teaglaim de ghraifít leathnaithe, snáithín carbóin agus clóiríd chailciam le seoltacht iomlán de 15 W/mK. Rinne Jian et al4 tástáil ar chomhchodanna le graifít nádúrtha leathnaithe cóireáilte le haigéad sulfarach (ENG-TSA) mar foshraith i dtimthriall fuaraithe adsúite dhá chéim. Thuar an tsamhail COP ó 0.215 go 0.285 agus SCP ó 161.4 go 260.74 W/kg.
Is é an malartóir teasa brataithe an réiteach is inmharthana go mór. Is féidir meicníochtaí brataithe na malartóirí teasa seo a roinnt ina dhá chatagóir: sintéis dhíreach agus greamacháin. Is é an modh is rathúla ná sintéis dhíreach, lena n-áirítear ábhair ionsúiteacha a fhoirmiú go díreach ar dhromchla na malartóirí teasa ó na himoibrithe cuí. Tá paitinn faighte ag Sotech5 ar mhodh chun zeóilít brataithe a shintéisiú lena úsáid i sraith fuaraitheoirí a mhonaraíonn Fahrenheit GmbH. Rinne Schnabel et al6 tástáil ar fheidhmíocht dhá zeóilít atá brataithe ar chruach dhosmálta. Mar sin féin, ní oibríonn an modh seo ach le hionsúiteoirí sonracha, rud a fhágann gur rogha spéisiúil é brataithe le greamacháin. Is substaintí éighníomhacha iad ceanglóirí a roghnaítear chun greamaitheacht ionsúiteach agus/nó aistriú maise a chothú, ach níl aon ról acu i bhfeabhsú ionsúite ná seoltachta. Rinne Freni et al. 7 malartóirí teasa alúmanaim brataithe le zeóilít AQSOA-Z02 cobhsaithe le ceanglóir bunaithe ar chré. Rinne Calabrese et al.8 staidéar ar ullmhú bratuithe zeóilít le ceanglóirí polaiméireacha. Mhol Ammann et al.9 modh chun bratuithe zeóilíte scagacha a ullmhú ó mheascáin mhaighnéadacha d'alcól polaivinile. Úsáidtear alúmana (alúmana) freisin mar cheanglóir 10 san ionsúiteoir. Chomh fada agus is eol dúinn, ní úsáidtear ceallalós agus ceallalós hiodrocsaeitile ach i gcomhar le hionsúiteoirí fisiceacha11,12. Uaireanta ní úsáidtear an gliú don phéint, ach úsáidtear é chun an struchtúr 13 a thógáil leis féin. Cruthaíonn an meascán de mhaitrísí polaiméire alginate le hiodráití salainn iolracha struchtúir choirníní ilchodacha solúbtha a chuireann cosc ​​ar sceitheadh ​​le linn triomú agus a sholáthraíonn aistriú maise leordhóthanach. Úsáideadh créanna ar nós beintonít agus attapulgite mar cheanglóirí chun ilchodacha a ullmhú15,16,17. Úsáideadh ceallalós eitile chun clóiríd chailciam18 nó sulfíd sóidiam19 a mhicreacapsúlú.
Is féidir comhchodanna le struchtúr miotail scagach a roinnt ina malartóirí teasa breiseánacha agus ina malartóirí teasa brataithe. Is é buntáiste na struchtúr seo an t-achar dromchla sonrach ard. Mar thoradh air sin, bíonn dromchla teagmhála níos mó idir an t-adsorbent agus an miotal gan mais támh a chur leis, rud a laghdaíonn éifeachtúlacht fhoriomlán an timthrialla cuisniúcháin. Tá feabhas curtha ag Lang et al. 20 ar sheoltacht fhoriomlán adsorber zeolite le struchtúr cíor meala alúmanaim. Tá feabhas curtha ag Gillerminot et al. 21 ar sheoltacht theirmeach sraitheanna zeolite NaX le cúr copair agus nicil. Cé go n-úsáidtear comhchodanna mar ábhair athraithe céime (PCManna), tá spéis i dtorthaí Li et al. 22 agus Zhao et al. 23 freisin maidir le ceimic-asú. Rinne siad comparáid idir feidhmíocht graifíte leathnaithe agus cúr miotail agus chinn siad nach raibh an dara ceann níos fearr ach amháin mura raibh creimeadh ina fhadhb. Le déanaí, rinne Palomba et al. comparáid idir struchtúir mhiotalacha scagacha eile 24. Rinne Van der Pal et al. staidéar ar shalainn miotail atá leabaithe i gcúr 25. Freagraíonn na samplaí roimhe seo go léir do shraitheanna dlútha d'adsorbents cáithníní. Is ar éigean a úsáidtear struchtúir phóiriúla miotail chun sciath a chur ar ionsúiteoirí, rud atá ina réiteach níos fearr. Is féidir sampla de cheangal le zeóilítí a fháil i Wittstadt et al. 26 ach níor rinneadh aon iarracht hiodráití salainn a cheangal in ainneoin a ndlús fuinnimh níos airde 27.
Dá bhrí sin, déanfar iniúchadh ar thrí mhodh chun bratuithe ionsúiteacha a ullmhú san alt seo: (1) sciath ceanglóra, (2) imoibriú díreach, agus (3) cóireáil dromchla. Ba é hiodrocsa-eitile-cheallalós an ceanglóir roghnaithe sa saothar seo mar gheall ar chobhsaíocht a tuairiscíodh roimhe seo agus greamaitheacht mhaith sciath i gcomhar le hionsúiteacha fisiceacha. Rinneadh imscrúdú ar an modh seo ar dtús le haghaidh bratuithe cothroma agus ina dhiaidh sin cuireadh i bhfeidhm é ar struchtúir snáithíní miotail. Roimhe seo, tuairiscíodh anailís réamhchéime ar an bhféidearthacht go dtarlódh imoibrithe ceimiceacha le foirmiú bratuithe ionsúiteacha. Tá taithí roimhe seo á haistriú anois chuig sciath struchtúr snáithíní miotail. Is modh bunaithe ar anóidiú alúmanaim an chóireáil dromchla a roghnaíodh don saothar seo. Tá anóidiú alúmanaim comhcheangailte go rathúil le salainn miotail chun críocha aeistéitiúla29. Sna cásanna seo, is féidir bratuithe an-chobhsaí agus frithsheasmhacha in aghaidh creimeadh a fháil. Mar sin féin, ní féidir leo aon phróiseas ionsúiteach nó dí-ionsúiteach a dhéanamh. Cuireann an páipéar seo malairt den chur chuige seo i láthair a ligeann mais a bhogadh ag baint úsáide as airíonna greamaitheacha an phróisis bhunaidh. Chomh fada agus is eol dúinn, níor staidéaraíodh aon cheann de na modhanna a thuairiscítear anseo roimhe seo. Is teicneolaíocht nua an-suimiúil iad mar go gceadaíonn siad foirmiú bratuithe ionsúiteacha hiodráitithe, a bhfuil roinnt buntáistí acu thar na n-ionsúiteacha fisiceacha a ndéantar staidéar orthu go minic.
Soláthraíodh na plátaí alúmanaim stampáilte a úsáideadh mar foshraitheanna do na turgnaimh seo ag ALINVEST Břidličná, Poblacht na Seice. Tá 98.11% alúmanaim, 1.3622% iarainn, 0.3618% mangainéise agus rianta copair, maignéisiam, sileacain, tíotáiniam, since, cróimiam agus nicil iontu.
Roghnaítear na hábhair a roghnaítear chun comhchodanna a mhonarú de réir a n-airíonna teirmidinimiciúla, eadhon, ag brath ar an méid uisce is féidir leo a ionsú/dí-ionsú ag teochtaí faoi bhun 120°C.
Tá sulfáit mhaignéisiam (MgSO4) ar cheann de na salainn hiodráitithe is suimiúla agus is staidéaraithe30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Rinneadh tomhas córasach ar na hairíonna teirmidinimiciúla agus fuarthas amach go bhfuil siad oiriúnach d'fheidhmchláir i réimsí an chuisniúcháin adshorpaithe, caidéil teasa agus stórála fuinnimh. Baineadh úsáid as sulfáit mhaignéisiam tirim CAS-Uimh.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, an Ghearmáin).
Is salann eile a ndearnadh staidéar maith air clóiríd chailciam (CaCl2) (H319) mar go bhfuil airíonna teirmidinimiciúla suimiúla ag a hiodráit41,42,43,44. Úsáideadh 97% de heicsehiodráit clóiríd chailciam (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, an Ghearmáin).
Tá airíonna teirmidinimiciúla ag sulfáit since (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) agus a hiodráití atá oiriúnach do phróisis ionsúcháin ísealteochta45,46. Baineadh úsáid as heiptahiodráit sulfáit since CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, an Ghearmáin).
Tá airíonna teirmidinimiciúla spéisiúla4,45,47 ag clóiríd strontiam (SrCl2) (H318) freisin, cé go minic a chuirtear le chéile é le hamóinia i dtaighde ar chaidéil teasa adshorptha nó ar stóráil fuinnimh. Baineadh úsáid as heicsehiodráit clóiríd strontiam CAS-Uimh.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, SAM) don tsintéis.
Níl sulfáit chopair (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) i measc na hiodráití a fhaightear go minic sa litríocht ghairmiúil, cé go bhfuil a airíonna teirmidinimiciúla spéisiúil d'fheidhmchláir ísealteochta48,49. Baineadh úsáid as sulfáit chopair CAS-Uimh.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, SAM) don sintéis.
Tá clóiríd mhaignéisiam (MgCl2) ar cheann de na salainn hiodráitithe a bhfuil níos mó airde tugtha air le déanaí i réimse an stórála fuinnimh theirmigh50,51. Baineadh úsáid as heicsehiodráit clóiríd mhaignéisiam CAS-Uimh.7791-18-6 grád cógaisíochta íon (Applichem GmbH., Darmstadt, an Ghearmáin) sna turgnaimh.
Mar a luadh thuas, roghnaíodh ceallalós hiodrocsaeitile mar gheall ar na torthaí dearfacha in iarratais chomhchosúla. Is é an t-ábhar a úsáideadh inár sintéis ná ceallalós hiodrocsaeitile CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, SAM).
Déantar snáithíní miotail as sreanga gearra atá nasctha le chéile trí chomhbhrú agus shintéiriú, próiseas ar a dtugtar eastóscadh leáite breogáin (CME)52. Ciallaíonn sé seo go mbraitheann a seoltacht theirmeach ní hamháin ar sheoltacht toirte na miotal a úsáidtear sa mhonarú agus ar thréscaoilteacht an struchtúir chríochnaithigh, ach freisin ar cháilíocht na nasc idir na snáitheanna. Níl na snáithíní iseatrópach agus is gnách go mbíonn siad dáilte i dtreo áirithe le linn an táirgthe, rud a fhágann go bhfuil an seoltacht theirmeach sa treo trasnach i bhfad níos ísle.
Rinneadh imscrúdú ar airíonna ionsúcháin uisce ag baint úsáide as anailís theirmighribhiméadrach chomhuaineach (TGA)/anailís theirmighribhiméadrach difreálach (DTG) i bpacáiste folúis (Netzsch TG 209 F1 Libra). Rinneadh na tomhais in atmaisféar nítrigine sreabhach ag ráta sreafa 10 ml/nóim agus raon teochta ó 25 go 150°C i mbreogáin ocsaíd alúmanaim. Ba é 1 °C/nóim an ráta téimh, athraigh meáchan an tsampla ó 10 go 20 mg, ba é 0.1 μg an taifeach. Sa saothar seo, ba chóir a thabhairt faoi deara go bhfuil éiginnteacht mhór ag baint leis an difríocht maise in aghaidh an aonaid dromchla. Tá na samplaí a úsáidtear i TGA-DTG an-bheag agus gearrtha go neamhrialta, rud a fhágann go bhfuil a gcinneadh achair míchruinn. Ní féidir na luachanna seo a eastóscadh chuig limistéar níos mó ach amháin má chuirtear dialltaí móra san áireamh.
Fuarthas speictrim infridhearg claochlaithe Fourier machnaimh iomláin maolaithe (ATR-FTIR) ar speictriméadar Bruker Vertex 80 v FTIR (Bruker Optik GmbH, Leipzig, an Ghearmáin) ag baint úsáide as gabhálas platanam ATR (Bruker Optik GmbH, an Ghearmáin). Tomhaiseadh speictrim criostail diamant tirime íon go díreach i bhfolús sula n-úsáideadh na samplaí mar chúlra do thomhais turgnamhacha. Tomhaiseadh na samplaí i bhfolús ag baint úsáide as taifeach speictreach de 2 cm-1 agus meánlíon scananna de 32. Raon tonnfhaid ó 8000 go 500 cm-1. Rinneadh anailís speictreach ag baint úsáide as an gclár OPUS.
Rinneadh anailís SEM ag baint úsáide as DSM 982 Gemini ó Zeiss ag voltais luasghéaraithe 2 agus 5 kV. Rinneadh speictreascópacht X-gha scaipthe fuinnimh (EDX) ag baint úsáide as Córas Thermo Fischer 7 le brathadóir drift sileacain fuaraithe Peltier (SSD).
Rinneadh ullmhú na plátaí miotail de réir nós imeachta cosúil leis an gceann a thuairiscítear i 53. Ar dtús, tumtar an pláta in aigéad sulfarach 50%. 15 nóiméad. Ansin, cuireadh isteach i dtuaslagán hiodrocsaíde sóidiam 1 M iad ar feadh thart ar 10 soicind. Ansin, nitear na samplaí le méid mór uisce driogtha, agus sáithítear iad in uisce driogtha ar feadh 30 nóiméad. Tar éis cóireála dromchla tosaigh, tumtar na samplaí i dtuaslagán sáithithe 3%. HEC agus salann sprice. Ar deireadh, tóg amach iad agus triomaigh iad ag 60°C.
Neartaíonn agus feabhsaíonn an modh anóidithe an ciseal ocsaíde nádúrtha ar an miotal éighníomhach. Rinneadh na painéil alúmanaim a anóidiú le haigéad sulfarach i riocht cruaite agus ansin séalaíodh iad in uisce te. Lean anóidiú greanadh tosaigh le 1 mol/l NaOH (600 s) agus ina dhiaidh sin neodrú in 1 mol/l HNO3 (60 s). Is meascán de 2.3 M H2SO4, 0.01 M Al2(SO4)3, agus 1 M MgSO4 + 7H2O an tuaslagán leictrilít. Rinneadh an anóidiú ag (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 ar feadh 1200 soicind. Rinneadh an próiseas séalaithe i dtuaslagáin sáile éagsúla mar a thuairiscítear sna hábhair (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2). Fiuchtar an sampla ann ar feadh 1800 soicind.
Rinneadh imscrúdú ar thrí mhodh éagsúla chun comhchodanna a tháirgeadh: sciath ghreamaitheach, imoibriú díreach, agus cóireáil dromchla. Déantar anailís agus plé córasach ar na buntáistí agus na míbhuntáistí a bhaineann le gach modh oiliúna. Baineadh úsáid as breathnóireacht dhíreach, nana-íomháú, agus anailís cheimiceach/eiliminteach chun na torthaí a mheas.
Roghnaíodh anóidiú mar mhodh cóireála dromchla comhshó chun greamaitheacht hiodráití salainn a mhéadú. Cruthaíonn an chóireáil dromchla seo struchtúr scagach alúmana (alúmana) go díreach ar dhromchla an alúmanaim. Go traidisiúnta, tá dhá chéim sa mhodh seo: cruthaíonn an chéad chéim struchtúr scagach ocsaíd alúmanaim, agus cruthaíonn an dara céim sciath hiodrocsaíd alúmanaim a dhúnann na póir. Seo a leanas dhá mhodh chun salann a bhlocáil gan rochtain ar an gcéim gháis a bhac. Is éard atá sa chéad cheann córas cíor meala ag baint úsáide as feadáin bheaga ocsaíd alúmanaim (Al2O3) a fhaightear sa chéad chéim chun na criostail ionsúiteacha a shealbhú agus a ghreamaitheacht le dromchlaí miotail a mhéadú. Tá trastomhas de thart ar 50 nm agus fad 200 nm ag na cíor meala mar thoradh air sin (Fíor 1a). Mar a luadh níos luaithe, is gnách go ndúntar na cuasa seo sa dara céim le sraith tanaí de bhoehmít Al2O(OH)2 a fhaigheann tacaíocht ón bpróiseas fiuchta feadán alúmana. Sa dara modh, déantar an próiseas séalaithe seo a mhodhnú sa chaoi is go ngabhtar na criostail salainn i sraith aonfhoirmeach de bhoihímít (Al2O(OH)), nach n-úsáidtear le haghaidh séalaithe sa chás seo. Déantar an dara céim i dtuaslagán sáithithe den salann comhfhreagrach. Tá méideanna sa raon 50–100 nm ag na patrúin a thuairiscítear agus tá cuma braoiníní splancscáile orthu (Fíor 1b). Tá struchtúr spásúil suntasach ag an dromchla a fhaightear mar thoradh ar an bpróiseas séalaithe le limistéar teagmhála méadaithe. Tá an patrún dromchla seo, mar aon lena go leor cumraíochtaí nasctha, oiriúnach chun criostail salainn a iompar agus a shealbhú. Is cosúil go bhfuil an dá struchtúr a thuairiscítear fíor-scagach agus go bhfuil cuasa beaga acu a bhfuil an chuma orthu go bhfuil siad oiriúnach go maith chun hiodráití salainn a choinneáil agus gal a ionsú chuig an salann le linn oibriú an ionsúiteora. Mar sin féin, is féidir le hanailís eiliminteach ar na dromchlaí seo ag baint úsáide as EDX rianmhéideanna maignéisiam agus sulfair a bhrath ar dhromchla na boihímeite, nach mbraitear i gcás dromchla alúmana.
Dheimhnigh ATR-FTIR an tsampla gurbh í sulfáit mhaignéisiam an dúil (féach Fíor 2b). Taispeánann an speictream buaicphointí ian sulfáite tréithiúla ag 610–680 agus 1080–1130 cm–1 agus buaicphointí uisce laitíse tréithiúla ag 1600–1700 cm–1 agus 3200–3800 cm–1 (féach Fíor 2a, c). Is ar éigean a athraíonn láithreacht ian maignéisiam an speictream54.
(a) EDX pláta alúmanaim MgSO4 atá brataithe le boehmít, (b) speictrim ATR-FTIR bratuithe boehmíte agus MgSO4, (c) speictrim ATR-FTIR MgSO4 íon.
Deimhníodh go raibh éifeachtúlacht ionsúcháin á cothabháil ag an TGA. Taispeántar buaic dí-ionsúcháin de thart ar 60°C ar fhigiúr 3b. Ní fhreagraíonn an buaic seo do theocht an dá bhuaic a breathnaíodh i TGA salainn íon (Fígiúr 3a). Rinneadh meastóireacht ar in-athdhéantacht an timthrialla ionsúcháin-dí-ionsúcháin, agus breathnaíodh an cuar céanna tar éis na samplaí a chur in atmaisféar tais (Fígiúr 3c). D’fhéadfadh na difríochtaí a breathnaíodh sa dara céim den dí-ionsú a bheith mar thoradh ar dhíhiodráitiú in atmaisféar sreabhach, toisc go mbíonn díhiodráitiú neamhiomlán mar thoradh air seo go minic. Freagraíonn na luachanna seo do thart ar 17.9 g/m2 sa chéad dí-uisciú agus 10.3 g/m2 sa dara dí-uisciú.
Comparáid idir anailís TGA ar bhoehmít agus MgSO4: anailís TGA ar MgSO4 íon (a), meascán (b) agus tar éis athhiodráitithe (c).
Rinneadh an modh céanna le clóiríd chailciam mar ionsúiteach. Cuirtear na torthaí i láthair i bhFíor 4. Léirigh cigireacht amhairc ar an dromchla athruithe beaga sa lonrú miotalach. Is ar éigean is féidir an fionnadh a fheiceáil. Dheimhnigh SEM go raibh criostail bheaga scaipthe go cothrom ar fud an dromchla. Mar sin féin, níor léirigh TGA aon díhiodráitiú faoi bhun 150°C. D’fhéadfadh sé seo a bheith mar gheall ar an bhfíric go bhfuil an cion salainn róbheag i gcomparáid le mais iomlán an tsubstráit le haghaidh braite ag TGA.
Taispeántar torthaí na cóireála dromchla ar an sciath sulfáit chopair tríd an modh anóidithe i bhfíor 5. Sa chás seo, níor tharla an ionchorprú ionchorpraithe CuSO4 isteach sa struchtúr ocsaíd Al a bhíothas ag súil leis. Ina áit sin, breathnaítear snáthaidí scaoilte mar a úsáidtear go coitianta iad le haghaidh hiodrocsaíd chopair Cu(OH)2 a úsáidtear le ruaimeanna tuirquoise tipiciúla.
Rinneadh tástáil ar an gcóireáil dromchla anóidithe i gcomhar le clóiríd strontiam freisin. Léirigh na torthaí clúdach míchothrom (féach Fíor 6a). Chun a fháil amach an raibh an salann ag clúdach an dromchla ar fad, rinneadh anailís EDX. Taispeánann an cuar do phointe sa limistéar liath (pointe 1 i bhFíor 6b) beagán strontiam agus go leor alúmanaim. Léiríonn sé seo cion íseal strontiam sa chrios tomhaiste, rud a léiríonn, ar a seal, clúdach íseal clóiríd strontiam. Os a choinne sin, bíonn cion ard strontiam agus cion íseal alúmanaim i limistéir bhána (pointí 2–6 i bhFíor 6b). Taispeánann anailís EDX ar an limistéar bán poncanna níos dorcha (pointí 2 agus 4 i bhFíor 6b), íseal i gclóirín agus ard i sulfair. D’fhéadfadh sé seo a léiriú go bhfuil sulfáit strontiam á foirmiú. Léiríonn poncanna níos gile cion ard clóirín agus cion íseal sulfair (pointí 3, 5, agus 6 i bhFíor 6b). Is féidir é seo a mhíniú leis an bhfíric gurb é an clóiríd strontiam a bhfuiltear ag súil leis príomhchuid an sciath bhán. Dheimhnigh TGA an tsampla léirmhíniú na hanailíse le buaic ag teocht tréith clóiríd strontiam íon (Fíor 6c). Is féidir a luach beag a chosaint le codán beag salainn i gcomparáid le mais an taca miotail. Freagraíonn an mhais dí-asúcháin a cinneadh sna turgnaimh don mhéid 7.3 g/m2 a scaoiltear in aghaidh an aonaid achar den ionsúiteoir ag teocht 150°C.
Rinneadh tástáil freisin ar sciatháin sulfáit since atá cóireáilte le hélocsal. Go macrascópach, is ciseal an-tanaí agus aonfhoirmeach é an sciath (Fíor 7a). Mar sin féin, léirigh SEM achar dromchla clúdaithe le criostail bheaga scartha ag limistéir fholmha (Fíor 7b). Rinneadh comparáid idir TGA an sciath agus an tsubstráit agus salann íon (Fíor 7c). Tá buaic neamhshiméadrach amháin ag salann íon ag 59.1°C. Léirigh an alúmanam brataithe dhá bhuaic bheaga ag 55.5°C agus 61.3°C, rud a léiríonn láithreacht hiodráit sulfáit since. Freagraíonn an difríocht maise a nochtadh sa turgnamh do 10.9 g/m2 ag teocht díhiodráitithe de 150°C.
Mar atá san iarratas roimhe seo53, úsáideadh ceallalós hiodrocsaeitile mar cheanglóir chun greamaitheacht agus cobhsaíocht an sciath ionsúiteach a fheabhsú. Rinneadh measúnú ar chomhoiriúnacht ábhar agus ar éifeacht ar fheidhmíocht ionsúite trí TGA. Déantar an anailís i ndáil leis an mais iomlán, i.e. tá pláta miotail san áireamh sa sampla a úsáidtear mar shubstráit sciath. Déantar tástáil ar ghreamaitheacht le tástáil bunaithe ar an tástáil tras-eanga a shainmhínítear sa tsonraíocht ISO2409 (ní féidir leis an tsonraíocht scaradh eanga a chomhlíonadh ag brath ar thiús agus leithead na sonraíochta).
Mar thoradh ar na painéil a sciath le clóiríd chailciam (CaCl2) (féach Fíor 8a), bhí dáileadh míchothrom ann, rud nár breathnaíodh sa sciath alúmanaim íon a úsáideadh don tástáil eanga trasnach. I gcomparáid leis na torthaí le haghaidh CaCl2 íon, taispeánann TGA (Fíor 8b) dhá bhuaic thréithiúla a aistríodh i dtreo teochtaí níos ísle de 40 agus 20°C, faoi seach. Ní cheadaíonn an tástáil trasghearrtha comparáid oibiachtúil toisc gur deascán púdrach é an sampla CaCl2 íon (an sampla ar dheis i bhFíor 8c), a bhaineann na cáithníní is airde. Léirigh torthaí HEC sciath an-tanaí agus aonfhoirmeach le greamaitheacht shásúil. Freagraíonn an difríocht maise a thaispeántar i bhfíor 8b do 51.3 g/m2 in aghaidh an aonaid achar den ionsúiteoir ag teocht 150°C.
Fuarthas torthaí dearfacha i dtéarmaí greamaitheachta agus aonfhoirmeachta freisin le sulfáit mhaignéisiam (MgSO4) (féach Fig. 9). Léirigh anailís ar phróiseas dí-asúcháin an sciath go raibh buaic amháin de thart ar 60°C i láthair. Freagraíonn an teocht seo don phríomhchéim dí-asúcháin a fheictear i ndíhiodráitiú salainn íona, rud a léiríonn céim eile ag 44°C. Freagraíonn sé don aistriú ó heicsehiodráit go peintehiodráit agus ní fheictear é i gcás sciath le ceanglóirí. Léiríonn tástálacha trasghearrtha dáileadh agus greamaitheacht fheabhsaithe i gcomparáid le sciath a dhéantar ag baint úsáide as salann íon. Freagraíonn an difríocht maise a breathnaíodh i TGA-DTC do 18.4 g/m2 in aghaidh an aonaid achar den ionsúiteoir ag teocht 150°C.
Mar gheall ar neamhrialtachtaí dromchla, tá sciath míchothrom ar eití clóiríd strontiam (SrCl2) (Fíor 10a). Mar sin féin, léirigh torthaí na tástála eanga trasnach dáileadh aonfhoirmeach le greamaitheacht fheabhsaithe go suntasach (Fíor 10c). Léirigh anailís TGA difríocht an-bheag i meáchan, rud a chaithfidh a bheith mar gheall ar an cion salainn níos ísle i gcomparáid leis an tsubstráit miotail. Mar sin féin, léiríonn na céimeanna ar an gcuar go bhfuil próiseas díhiodráitithe i láthair, cé go bhfuil an buaic bainteach leis an teocht a fhaightear agus salann íon á shainiú. Fuarthas na buaicphointí ag 110°C agus 70.2°C a breathnaíodh i bhFíor 10b freisin agus salann íon á anailísiú. Mar sin féin, níor léiríodh an phríomhchéim díhiodráitithe a breathnaíodh i salann íon ag 50°C sna cuartha ag baint úsáide as an gceanglóir. I gcodarsnacht leis sin, léirigh an meascán ceanglóra dhá bhuaicphointí ag 20.2°C agus 94.1°C, nár tomhaiseadh don salann íon (Fíor 10b). Ag teocht 150 °C, is ionann an difríocht maise breathnaithe agus 7.2 g/m2 in aghaidh an aonaid achar den ionsúiteoir.
Níor thug an meascán de HEC agus sulfáit since (ZnSO4) torthaí inghlactha (Fíor 11). Níor léirigh anailís TGA ar an miotal brataithe aon phróisis díhiodráitithe. Cé go bhfuil feabhas tagtha ar dháileadh agus ar ghreamaitheacht an sciath, tá a airíonna fós i bhfad ó bheith optamach.
Is é an bealach is simplí chun snáithíní miotail a chóta le sraith tanaí agus aonfhoirmeach ná tuileadh fliuch (Fíor 12a), lena n-áirítear ullmhú an tsalainn sprice agus tuileadh snáithíní miotail le tuaslagán uiscí.
Agus ullmhúchán á dhéanamh le haghaidh tuile fliuch, tagann dhá phríomhfhadhb chun cinn. Ar thaobh amháin, cuireann teannas dromchla an tuaslagáin salainn cosc ​​ar ionchorprú ceart an leachta isteach sa struchtúr scagach. Ní féidir criostalú ar an dromchla seachtrach (Fíor 12d) agus boilgeoga aeir atá gafa taobh istigh den struchtúr (Fíor 12c) a laghdú ach tríd an teannas dromchla a ísliú agus an sampla a réamh-fhliuchadh le huisce driogtha. Is bealaí éifeachtacha eile chun a chinntiú go líontar an struchtúr go hiomlán iad tuaslagadh éigeantach sa sampla tríd an aer istigh a fholmhú nó trí shreabhadh tuaslagáin a chruthú sa struchtúr.
Ba é an dara fadhb a bhí ann le linn an ullmhúcháin ná an scannán a bhaint de chuid den salann (féach Fíor 12b). Is sainairíonna don feiniméan seo sciath thirim a fhoirmiú ar dhromchla an tuaslagtha, rud a stopann an triomú spreagtha ag comhiompar agus a thosaíonn an próiseas spreagtha ag scaipeadh. Tá an dara meicníocht i bhfad níos moille ná an chéad cheann. Mar thoradh air sin, tá teocht ard ag teastáil ar feadh tréimhse réasúnta triomú, rud a mhéadaíonn an baol go bhfoirmeoidh boilgeoga taobh istigh den sampla. Réitítear an fhadhb seo trí mhodh malartach criostalaithe a thabhairt isteach atá bunaithe ní ar athrú tiúchana (galú), ach ar athrú teochta (mar atá sa sampla le MgSO4 i bhFíor 13).
Léiriú sceimiteach ar an bpróiseas criostalaithe le linn fuaraithe agus deighilt céimeanna soladacha agus leachtacha ag baint úsáide as MgSO4.
Is féidir tuaslagáin salainn sháithithe a ullmhú ag teocht an tseomra (HT) nó os a chionn ag baint úsáide as an modh seo. Sa chéad chás, cuireadh criostalú i bhfeidhm tríd an teocht a ísliú faoi bhun teocht an tseomra. Sa dara cás, tharla criostalú nuair a fuaraíodh an sampla go teocht an tseomra (RT). Is é an toradh meascán de chriostail (B) agus tuaslagtha (A), agus baintear an chuid leachtach de le haer comhbhrúite. Ní hamháin go seachnaíonn an cur chuige seo foirmiú scannáin ar na hiodráití seo, ach laghdaíonn sé an t-am a theastaíonn le haghaidh ullmhú comhchodanna eile. Mar sin féin, bíonn criostalú breise ar an salann mar thoradh ar bhaint leachta le haer comhbhrúite, rud a fhágann sciath níos tibhe.
Modh eile is féidir a úsáid chun dromchlaí miotail a chóta ná táirgeadh díreach salainn sprice trí imoibrithe ceimiceacha. Tá roinnt buntáistí ag baint le malartóirí teasa brataithe a dhéantar trí imoibriú aigéid ar dhromchlaí miotail eití agus feadán, mar a tuairiscíodh inár staidéar roimhe seo. Mar thoradh ar chur i bhfeidhm an mhodha seo ar shnáithíní, níorbh fhéidir an toradh a bhaint amach mar gheall ar fhoirmiú gás le linn an imoibrithe. Tógann brú na mboilgeog gáis hidrigine taobh istigh den tóireadóir agus athraíonn sé de réir mar a scaoiltear an táirge amach (Fíor 14a).
Tá an sciath modhnaithe trí imoibriú ceimiceach chun tiús agus dáileadh an sciath a rialú níos fearr. Baineann an modh seo le sruth ceo aigéadach a rith tríd an sampla (Fíor 14b). Táthar ag súil go mbeidh sciath aonfhoirmeach mar thoradh air seo trí imoibriú leis an miotal foshraithe. Bhí na torthaí sásúil, ach bhí an próiseas ró-mhall le bheith á mheas mar mhodh éifeachtach (Fíor 14c). Is féidir amanna imoibrithe níos giorra a bhaint amach trí théamh áitiúil.
Chun na míbhuntáistí a bhaineann leis na modhanna thuas a shárú, rinneadh staidéar ar mhodh sciath bunaithe ar úsáid greamachán. Roghnaíodh HEC bunaithe ar na torthaí a cuireadh i láthair sa chuid roimhe seo. Ullmhaíodh na samplaí uile ag 3% de réir meáchain. Measctar an ceanglóir le salann. Rinneadh réamhchóireáil ar na snáithíní de réir an nós imeachta chéanna leis na heasnacha, i.e. sáithithe in aigéad sulfarach 50% de réir toirte laistigh de 15 nóiméad, ansin sáithithe in hiodrocsaíd sóidiam ar feadh 20 soicind, nite in uisce driogtha agus ar deireadh sáithithe in uisce driogtha ar feadh 30 nóiméad. Sa chás seo, cuireadh céim bhreise leis roimh an líonta. Tum an sampla go hachomair i dtuaslagán salainn sprice caolaithe agus triomaigh ag thart ar 60°C. Tá an próiseas deartha chun dromchla an mhiotail a mhodhnú, ag cruthú suíomhanna núicléaithe a fheabhsaíonn dáileadh an sciath sa chéim dheiridh. Tá taobh amháin ag an struchtúr snáithíneach ina bhfuil na filiméid níos tanaí agus pacáilte go docht, agus an taobh eile ina bhfuil na filiméid níos tibhe agus níos lú dáilte. Is é seo toradh 52 phróiseas déantúsaíochta.
Tá achoimre agus pictiúir de na torthaí maidir le clóiríd chailciam (CaCl2) i dTábla 1. Clúdach maith tar éis ionaclú. Bhí laghdú ar fhrithchaitheamh miotalacha fiú sna snáitheanna sin gan aon chriostail le feiceáil ar an dromchla, rud a léiríonn athrú sa chríoch. Mar sin féin, tar éis na samplaí a thumadh le meascán uiscí de CaCl2 agus HEC agus a thriomú ag teocht de thart ar 60°C, comhchruinníodh na bratuithe ag trasnú na struchtúr. Is éifeacht í seo de bharr teannas dromchla an tuaslagáin. Tar éis sáithithe, fanann an leacht taobh istigh den sampla mar gheall ar a theannas dromchla. Go bunúsach, tarlaíonn sé ag trasnú na struchtúr. Tá roinnt poill líonta le salann ar an taobh is fearr den eiseamal. Mhéadaigh an meáchan 0.06 g/cm3 tar éis sciath.
Tháirg sciath le sulfáit mhaignéisiam (MgSO4) níos mó salainn in aghaidh an aonaid toirte (Tábla 2). Sa chás seo, is é 0.09 g/cm3 an méadú tomhaiste. Mar thoradh ar an bpróiseas síolúcháin, bhí clúdach fairsing ar an sampla. Tar éis an phróisis sciath, blocálann an salann limistéir mhóra de thaobh tanaí an tsampla. Ina theannta sin, blocálann roinnt limistéir den neamhlonrach, ach coinnítear roinnt scagachta. Sa chás seo, is furasta foirmiú salainn a fheiceáil ag crosbhealach na struchtúr, rud a dheimhníonn gurb é teannas dromchla an leachta is mó atá mar thoradh ar an bpróiseas sciath, agus ní an t-idirghníomhú idir an salann agus an tsubstráit miotail.
Léirigh na torthaí don mheascán de chlóiríd strontiam (SrCl2) agus HEC airíonna comhchosúla leis na samplaí roimhe seo (Tábla 3). Sa chás seo, tá an taobh níos tanaí den sampla clúdaithe beagnach go hiomlán. Níl ach póir aonair le feiceáil, a cruthaíodh le linn triomú mar thoradh ar scaoileadh gaile ón sampla. Tá an patrún a breathnaíodh ar an taobh neamhlonrach an-chosúil leis an gcás roimhe seo, tá an limistéar blocáilte le salann agus níl na snáithíní clúdaithe go hiomlán.
Chun an éifeacht dhearfach a bhí ag an struchtúr snáithíneach ar fheidhmíocht theirmeach an mhalartóra teasa a mheas, cinneadh an seoltacht theirmeach éifeachtach den struchtúr snáithíneach brataithe agus rinneadh comparáid idir í agus an t-ábhar brataithe íon. Tomhaiseadh an seoltacht theirmeach de réir ASTM D 5470-2017 ag baint úsáide as an bhfeiste painéil chomhréidh a thaispeántar i bhFíor 15a ag baint úsáide as ábhar tagartha a bhfuil seoltacht theirmeach ar eolas aige. I gcomparáid le modhanna tomhais neamhbhuana eile, tá an prionsabal seo buntáisteach d'ábhair scagacha a úsáidtear sa staidéar reatha, ós rud é go ndéantar na tomhais i riocht seasta agus le méid samplach leordhóthanach (achar bonn 30 × 30 mm2, airde thart ar 15 mm). Ullmhaíodh samplaí den ábhar brataithe íon (tagairt) agus den struchtúr snáithíneach brataithe le haghaidh tomhais i dtreo an tsnáithín agus ingearach le treo an tsnáithín chun éifeacht na seoltachta teirmeach neamh-isotrópaí a mheas. Meilteadh na heiseamail ar an dromchla (grit P320) chun éifeacht na garbhachta dromchla mar gheall ar ullmhú an eiseamail a íoslaghdú, rud nach léiríonn an struchtúr laistigh den eiseamal.