Ви благодариме што ја посетивте Nature.com. Верзијата на прелистувачот што ја користите има ограничена поддршка за CSS. За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer). Во меѓувреме, за да обезбедиме континуирана поддршка, ќе ја прикажеме страницата без стилови и JavaScript.
Пазарниот удел на адсорпциските системи за ладење и топлинските пумпи е сè уште релативно мал во споредба со традиционалните компресорски системи. И покрај огромната предност на користењето евтина топлина (наместо скапа електрична работа), имплементацијата на системи базирани на принципите на адсорпција е сè уште ограничена на неколку специфични апликации. Главниот недостаток што треба да се елиминира е намалувањето на специфичната моќност поради ниската топлинска спроводливост и ниската стабилност на адсорбентот. Моменталните најсовремени комерцијални адсорпциски системи за ладење се базираат на адсорбери базирани на плочести разменувачи на топлина обложени за оптимизирање на капацитетот за ладење. Резултатите се добро познати дека намалувањето на дебелината на облогата доведува до намалување на импедансата на пренос на маса, а зголемувањето на односот на површината кон волуменот на спроводливите структури ја зголемува моќноста без да се загрози ефикасноста. Металните влакна што се користат во оваа работа можат да обезбедат специфична површина во опсег од 2500–50.000 м2/м3. Три методи за добивање многу тенки, но стабилни облоги од хидрати на сол на метални површини, вклучувајќи метални влакна, за производство на облоги за прв пат демонстрираат разменувач на топлина со висока густина на моќност. Површинскиот третман базиран на анодизирање на алуминиум е избран за да се создаде посилна врска помеѓу премазот и подлогата. Микроструктурата на добиената површина е анализирана со скенирачка електронска микроскопија. За да се провери присуството на посакуваните видови во анализата, користена е намалена вкупна рефлексија, инфрацрвена спектроскопија со Фуриеова трансформација и енергетски дисперзивна спектроскопија со Х-зраци. Нивната способност да формираат хидрати е потврдена со комбинирана термогравиметриска анализа (TGA)/диференцијална термогравиметриска анализа (DTG). Во премазот од MgSO4 е пронајден слаб квалитет над 0,07 g (вода)/g (композитен), покажувајќи знаци на дехидратација на околу 60 °C и репродуциран по рехидратација. Позитивни резултати се добиени и со SrCl2 и ZnSO4 со разлика во масата од околу 0,02 g/g под 100 °C. Хидроксиетилцелулозата е избрана како додаток за зголемување на стабилноста и адхезијата на премазот. Адсорптивните својства на производите беа оценети со истовремена TGA-DTG, а нивната адхезија беше карактеризирана со метод базиран на тестовите опишани во ISO2409. Конзистентноста и адхезијата на облогата од CaCl2 е значително подобрена, додека се одржува нејзиниот капацитет на адсорпција со разлика во тежината од околу 0,1 g/g на температури под 100 °C. Покрај тоа, MgSO4 ја задржува способноста да формира хидрати, покажувајќи разлика во масата од повеќе од 0,04 g/g на температури под 100 °C. Конечно, се испитуваат обложени метални влакна. Резултатите покажуваат дека ефективната топлинска спроводливост на структурата на влакната обложена со Al2(SO4)3 може да биде 4,7 пати поголема во споредба со волуменот на чистиот Al2(SO4)3. Облогата на проучуваните премази беше испитана визуелно, а внатрешната структура беше оценета со помош на микроскопска слика од пресеците. Добиен е слој од Al2(SO4)3 со дебелина од околу 50 µm, но целокупниот процес мора да биде оптимизиран за да се постигне порамномерна распределба.
Адсорпциските системи добија големо внимание во последните неколку децении бидејќи претставуваат еколошка алтернатива на традиционалните компресиски топлински пумпи или системи за ладење. Со зголемувањето на стандардите за удобност и глобалните просечни температури, адсорпциските системи можат да ја намалат зависноста од фосилни горива во блиска иднина. Покрај тоа, сите подобрувања во адсорпциското ладење или топлинските пумпи можат да се пренесат на складирање на топлинска енергија, што претставува дополнително зголемување на потенцијалот за ефикасно користење на примарната енергија. Главната предност на адсорпциските топлински пумпи и системите за ладење е тоа што тие можат да работат со мала топлинска маса. Ова ги прави погодни за извори на ниска температура како што се сончевата енергија или отпадната топлина. Во однос на апликациите за складирање на енергија, адсорпцијата има предност на поголема густина на енергија и помала дисипација на енергија во споредба со складирањето на разумна или латентна топлина.
Адсорпциските топлински пумпи и системите за ладење го следат истиот термодинамички циклус како и нивните еквиваленти за компресија на пареа. Главната разлика е замената на компонентите на компресорот со адсорбери. Елементот е способен да адсорбира пареа на фреон со низок притисок на умерени температури, испарувајќи повеќе фреон дури и кога течноста е ладна. Потребно е да се обезбеди постојано ладење на адсорберот за да се исклучи енталпијата на адсорпција (егзотерм). Адсорберот се регенерира на висока температура, предизвикувајќи десорпција на пареата на фреонот. Греењето мора да продолжи да ја обезбедува енталпијата на десорпција (ендотермна). Бидејќи процесите на адсорпција се карактеризираат со промени во температурата, високата густина на моќност бара висока топлинска спроводливост. Сепак, ниската топлинска спроводливост е убедливо главниот недостаток во повеќето апликации.
Главниот проблем на спроводливоста е да се зголеми нејзината просечна вредност, а воедно да се одржи транспортната патека што го обезбедува протокот на адсорпциски/десорпциски пареи. За да се постигне ова, најчесто се користат два пристапа: композитни разменувачи на топлина и обложени разменувачи на топлина. Најпопуларните и најуспешните композитни материјали се оние што користат адитиви на база на јаглерод, имено експандиран графит, активен јаглен или јаглеродни влакна. Оливеира и сор. 2 импрегнирале експандиран графитен прав со калциум хлорид за да произведат адсорбер со специфичен капацитет на ладење (SCP) до 306 W/kg и коефициент на перформанси (COP) до 0,46. Зајачковски и сор. 3 предложиле комбинација од експандиран графит, јаглеродни влакна и калциум хлорид со вкупна спроводливост од 15 W/mK. Џиан и сор. 4 тестирале композити со експандиран природен графит третиран со сулфурна киселина (ENG-TSA) како подлога во двостепен циклус на адсорпциско ладење. Моделот предвидел COP од 0,215 до 0,285 и SCP од 161,4 до 260,74 W/kg.
Убедливо најизводливо решение е обложениот разменувач на топлина. Механизмите за обложување на овие разменувачи на топлина можат да се поделат во две категории: директна синтеза и лепила. Најуспешниот метод е директната синтеза, која вклучува формирање на адсорптивни материјали директно на површината на разменувачите на топлина од соодветните реагенси. Sotech5 патентирал метод за синтетизирање на обложен зеолит за употреба во серија ладилници произведени од Fahrenheit GmbH. Schnabel et al6 ги тестирале перформансите на два зеолита обложени на не'рѓосувачки челик. Сепак, овој метод работи само со специфични адсорбенти, што го прави обложувањето со лепила интересна алтернатива. Врзивата се пасивни супстанции избрани за поддршка на адхезијата на сорбентот и/или преносот на маса, но не играат улога во адсорпцијата или подобрувањето на спроводливоста. Freni et al. 7 обложени алуминиумски разменувачи на топлина со AQSOA-Z02 зеолит стабилизиран со врзивно средство на база на глина. Calabrese et al. 8 го проучувале подготовката на зеолитни премази со полимерни врзива. Ammann et al. 9 предложиле метод за подготовка на порозни зеолитни премази од магнетни мешавини од поливинил алкохол. Алумина (алумина) се користи и како врзивно средство 10 во адсорберот. Според нашите сознанија, целулозата и хидроксиетил целулозата се користат само во комбинација со физички адсорбенти11,12. Понекогаш лепилото не се користи за бојата, туку се користи за самостојно градење на структурата 13. Комбинацијата на алгинатни полимерни матрици со повеќекратни хидрати на сол формира флексибилни композитни зрнца кои спречуваат протекување за време на сушењето и обезбедуваат соодветен пренос на маса. Глини како што се бентонит и атапулгит се користат како врзивно средство за подготовка на композити15,16,17. Етилцелулозата се користи за микроенкапсулирање на калциум хлорид18 или натриум сулфид19.
Композитите со порозна метална структура можат да се поделат на адитивни разменувачи на топлина и обложени разменувачи на топлина. Предноста на овие структури е високата специфична површина. Ова резултира со поголема контактна површина помеѓу адсорбентот и металот без додавање на инертна маса, што ја намалува целокупната ефикасност на циклусот на ладење. Ланг и сор. 20 ја подобрија целокупната спроводливост на адсорберот на зеолит со алуминиумска структура во облик на саќе. Гилерминот и сор. 21 ја подобрија топлинската спроводливост на слоевите од зеолит NaX со пена од бакар и никел. Иако композитите се користат како материјали за промена на фаза (PCM), наодите на Ли и сор. 22 и Жао и сор. 23 се исто така од интерес за хемисорпција. Тие ги споредија перформансите на експандиран графит и метална пена и заклучија дека второто е подобро само ако корозијата не е проблем. Паломба и сор. неодамна споредија други метални порозни структури 24. Ван дер Пал и сор. ги проучуваа металните соли вградени во пени 25. Сите претходни примери одговараат на густи слоеви на адсорбенти со честички. Металните порозни структури практично не се користат за обложување на адсорбери, што е пооптимално решение. Пример за врзување со зеолити може да се најде кај Витштат и сор. 26, но не е направен обид за врзување на хидрати на сол и покрај нивната поголема густина на енергија 27.
Така, во овој напис ќе бидат истражени три методи за подготовка на адсорбентни премази: (1) премачкување со врзивно средство, (2) директна реакција и (3) површинска обработка. Хидроксиетилцелулозата беше врзивно средство по избор во оваа работа поради претходно објавената стабилност и добрата адхезија на премазот во комбинација со физички адсорбенти. Овој метод првично беше испитуван за рамни премази, а подоцна применет на структури од метални влакна. Претходно, беше објавена прелиминарна анализа на можноста за хемиски реакции со формирање на адсорбентни премази. Претходното искуство сега се пренесува на премачкување на структури од метални влакна. Површинската обработка избрана за оваа работа е метод базиран на анодизирање на алуминиум. Анодизирањето на алуминиум е успешно комбинирано со метални соли за естетски цели29. Во овие случаи, може да се добијат многу стабилни и отпорни на корозија премази. Сепак, тие не можат да спроведат никаков процес на адсорпција или десорпција. Овој труд претставува варијанта на овој пристап што овозможува масата да се движи со користење на адхезивните својства на оригиналниот процес. Според нашите сознанија, ниту еден од методите опишани овде не е претходно проучен. Тие претставуваат многу интересна нова технологија бидејќи овозможуваат формирање на хидрирани адсорбентни облоги, кои имаат голем број предности во однос на често проучуваните физички адсорбенти.
Печатените алуминиумски плочи што се користеа како подлоги за овие експерименти беа обезбедени од АЛИНВЕСТ Бридликана, Чешка Република. Тие содржат 98,11% алуминиум, 1,3622% железо, 0,3618% манган и траги од бакар, магнезиум, силициум, титаниум, цинк, хром и никел.
Материјалите избрани за производство на композити се избираат во согласност со нивните термодинамички својства, имено, во зависност од количината на вода што можат да ја адсорбираат/десорбираат на температури под 120°C.
Магнезиум сулфатот (MgSO4) е една од најинтересните и најпроучуваните хидрирани соли30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Термодинамичките својства се систематски мерени и е утврдено дека се погодни за примена во областите на адсорпциско ладење, топлински пумпи и складирање на енергија. Користен е сув магнезиум сулфат CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германија).
Калциум хлоридот (CaCl2) (H319) е уште една добро проучена сол бидејќи неговиот хидрат има интересни термодинамички својства41,42,43,44. Калциум хлорид хексахидрат CAS-бр. 7774-34-7 97% употребено (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германија).
Цинк сулфатот (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) и неговите хидрати имаат термодинамички својства погодни за процеси на адсорпција на ниска температура45,46. Користен е хептахидрат на цинк сулфат CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германија).
Стронциум хлоридот (SrCl2) (H318) исто така има интересни термодинамички својства4,45,47 иако често се комбинира со амонијак во истражувањата за адсорпциски топлински пумпи или складирање на енергија. За синтеза беше користен стронциум хлорид хексахидрат CAS-Nr.10.476-85-4 99,0–102,0% (Sigma Aldrich, Сент Луис, Мисури, САД).
Бакарниот сулфат (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) не е меѓу хидратите што често се среќаваат во стручната литература, иако неговите термодинамички својства се од интерес за апликации на ниски температури48,49. За синтеза е користен бакарен сулфат CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, Сент Луис, МО, САД).
Магнезиум хлоридот (MgCl2) е една од хидрираните соли на која неодамна ѝ се посветува поголемо внимание во областа на складирање на топлинска енергија50,51. За експериментите беше користен магнезиум хлорид хексахидрат CAS-Nr.7791-18-6 чист фармацевтски степен (Applichem GmbH., Дармштат, Германија).
Како што споменавме погоре, хидроксиетил целулозата беше избрана поради позитивните резултати во слични апликации. Материјалот што се користи во нашата синтеза е хидроксиетил целулоза CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, Сент Луис, Мисури, САД).
Металните влакна се направени од кратки жици споени заедно со компресија и синтерување, процес познат како екстракција со топење во крчма (CME)52. Ова значи дека нивната топлинска спроводливост зависи не само од спроводливоста на металите што се користат во производството и порозноста на конечната структура, туку и од квалитетот на врските меѓу нишките. Влакната не се изотропни и имаат тенденција да бидат дистрибуирани во одредена насока за време на производството, што ја прави топлинската спроводливост во попречната насока многу помала.
Својствата на апсорпција на вода беа испитани со употреба на истовремена термогравиметриска анализа (TGA)/диференцијална термогравиметриска анализа (DTG) во вакуумско пакување (Netzsch TG 209 F1 Libra). Мерењата беа извршени во атмосфера на течен азот со брзина на проток од 10 ml/min и температурен опсег од 25 до 150°C во садови од алуминиум оксид. Стапката на загревање беше 1 °C/min, тежината на примерокот варираше од 10 до 20 mg, резолуцијата беше 0,1 μg. Во оваа работа, треба да се напомене дека разликата во масата по единица површина има голема неизвесност. Примероците што се користат во TGA-DTG се многу мали и неправилно исечени, што го прави нивното одредување на површината неточно. Овие вредности може да се екстраполираат на поголема површина само ако се земат предвид големите отстапувања.
Спектрите на атенуираниот тотален рефлексивен Фуриеов трансформациски инфрацрвен спектар (ATR-FTIR) беа добиени на Bruker Vertex 80 v FTIR спектрометар (Bruker Optik GmbH, Лајпциг, Германија) со помош на платински додаток ATR (Bruker Optik GmbH, Германија). Спектрите на чисти суви дијамантски кристали беа измерени директно во вакуум пред да се користат примероците како позадина за експериментални мерења. Примероците беа измерени во вакуум со помош на спектрална резолуција од 2 cm-1 и просечен број на скенирања од 32. Опсег на бранови броеви од 8000 до 500 cm-1. Спектралната анализа беше извршена со помош на програмата OPUS.
SEM анализата беше извршена со користење на DSM 982 Gemini од Zeiss при забрзувачки напони од 2 и 5 kV. Енергетски дисперзивна рендгенска спектроскопија (EDX) беше извршена со користење на Thermo Fischer System 7 со детектор за силиконско дрифтување со Пелтие ладење (SSD).
Подготовката на металните плочи беше извршена според постапка слична на онаа опишана во 53. Прво, плочата се потопува во 50% сулфурна киселина 15 минути. Потоа се внесуваат во раствор од натриум хидроксид 1 M околу 10 секунди. Потоа, примероците се измиваат со голема количина дестилирана вода, а потоа се потопуваат во дестилирана вода 30 минути. По претходната површинска обработка, примероците се потопуваат во 3% заситен раствор од HEC и целна сол. Конечно, се вадат и се сушат на 60°C.
Методот на анодизирање го подобрува и зајакнува природниот оксиден слој на пасивниот метал. Алуминиумските панели беа анодизирани со сулфурна киселина во стврдната состојба, а потоа запечатени во топла вода. Анодизирањето следеше по почетно јорганизирање со 1 mol/l NaOH (600 s), проследено со неутрализација во 1 mol/l HNO3 (60 s). Растворот на електролит е мешавина од 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 и 1 M MgSO4 + 7H2O. Анодизирањето беше извршено на (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 во тек на 1200 секунди. Процесот на запечатување беше извршен во различни раствори на саламура како што е опишано во материјалите (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2). Примерокот се вари во него 1800 секунди.
Истражени се три различни методи за производство на композити: лепливо обложување, директна реакција и површинска обработка. Предностите и недостатоците на секој метод на обука се систематски анализирани и дискутирани. За да се евалуираат резултатите се користени директно набљудување, наносликање и хемиска/елементарна анализа.
Анодизацијата беше избрана како метод на обработка на површината за конверзија за да се зголеми адхезијата на хидратите на солта. Оваа обработка на површината создава порозна структура на алуминиум (алумина) директно на површината на алуминиумот. Традиционално, овој метод се состои од две фази: првата фаза создава порозна структура на алуминиум оксид, а втората фаза создава облога од алуминиум хидроксид што ги затвора порите. Следниве се два методи за блокирање на солта без блокирање на пристапот до гасната фаза. Првиот се состои од систем на саќе што користи мали цевки од алуминиум оксид (Al2O3) добиени во првиот чекор за да ги држат кристалите на адсорбентот и да ја зголемат неговата адхезија на металните површини. Добиените саќе имаат дијаметар од околу 50 nm и должина од 200 nm (Сл. 1а). Како што споменавме претходно, овие шуплини обично се затвораат во вториот чекор со тенок слој од Al2O(OH)2 бемит поткрепен со процесот на вриење во цевката на алуминиум. Во вториот метод, овој процес на запечатување е модифициран на таков начин што кристалите на сол се заробени во рамномерно покривачки слој од бемит (Al2O(OH)2), кој во овој случај не се користи за запечатување. Втората фаза се изведува во заситен раствор од соодветната сол. Опишаните модели имаат големини во опсег од 50-100 nm и изгледаат како прскани капки (Сл. 1б). Површината добиена како резултат на процесот на запечатување има изразена просторна структура со зголемена контактна површина. Овој површински модел, заедно со нивните многубројни конфигурации на поврзување, е идеален за носење и држење кристали на сол. И двете опишани структури се чини дека се навистина порозни и имаат мали шуплини кои се чини дека се добро прилагодени за задржување на хидрати на сол и адсорпција на пареи на солта за време на работата на адсорберот. Сепак, елементарната анализа на овие површини со употреба на EDX може да открие траги од магнезиум и сулфур на површината на бемитот, кои не се детектираат во случај на површина од алумина.
ATR-FTIR на примерокот потврди дека елементот е магнезиум сулфат (видете Слика 2б). Спектарот покажува карактеристични врвови на сулфатни јони на 610–680 и 1080–1130 cm–1 и карактеристични врвови на решеткаста вода на 1600–1700 cm–1 и 3200–3800 cm–1 (видете Слика 2а, в). Присуството на магнезиумски јони речиси и да не го менува спектарот54.
(a) EDX на алуминиумска плоча од MgSO4 обложена со бемит, (b) ATR-FTIR спектри на премази од бемит и MgSO4, (c) ATR-FTIR спектри на чист MgSO4.
Одржувањето на ефикасноста на адсорпцијата беше потврдено со TGA. На сл. 3б е прикажан врв на десорпција од приближно 60°C. Овој врв не одговара на температурата на двата врва забележани во TGA на чиста сол (сл. 3а). Повторливоста на циклусот адсорпција-десорпција беше оценета, а истата крива беше забележана по поставувањето на примероците во влажна атмосфера (сл. 3в). Разликите забележани во втората фаза на десорпција може да бидат резултат на дехидрација во течна атмосфера, бидејќи тоа често води до нецелосна дехидрација. Овие вредности одговараат на приближно 17,9 g/m2 при првото одводнување и 10,3 g/m2 при второто одводнување.
Споредба на TGA анализата на бемит и MgSO4: TGA анализа на чист MgSO4 (а), смеса (б) и по рехидратација (в).
Истиот метод беше спроведен со калциум хлорид како адсорбент. Резултатите се прикажани на Слика 4. Визуелната инспекција на површината откри мали промени во металниот сјај. Крзното е едвај видливо. SEM потврди присуство на мали кристали рамномерно распоредени по површината. Сепак, TGA не покажа дехидратација под 150°C. Ова може да се должи на фактот дека процентот на сол е премногу мал во споредба со вкупната маса на подлогата за детекција со TGA.
Резултатите од површинската обработка на облогата од бакар сулфат со методот на анодизирање се прикажани на сл. 5. Во овој случај, очекуваното вградување на CuSO4 во структурата на Al оксидот не се случило. Наместо тоа, се забележуваат лабави иглички бидејќи тие најчесто се користат за бакар хидроксид Cu(OH)2 што се користи со типични тиркизни бои.
Анодизираниот површински третман беше тестиран и во комбинација со стронциум хлорид. Резултатите покажаа нееднаква покриеност (видете ја Слика 6а). За да се утврди дали солта ја покрива целата површина, беше извршена EDX анализа. Кривата за точка во сивата област (точка 1 на Слика 6б) покажува малку стронциум и многу алуминиум. Ова укажува на ниска содржина на стронциум во мерената зона, што, пак, укажува на ниска покриеност на стронциум хлорид. Спротивно на тоа, белите области имаат висока содржина на стронциум и ниска содржина на алуминиум (точки 2-6 на Слика 6б). EDX анализата на белата област покажува потемни точки (точки 2 и 4 на Слика 6б), ниска содржина на хлор и висока содржина на сулфур. Ова може да укажува на формирање на стронциум сулфат. Посветлите точки одразуваат висока содржина на хлор и ниска содржина на сулфур (точки 3, 5 и 6 на Слика 6б). Ова може да се објасни со фактот дека главниот дел од белиот слој се состои од очекуваниот стронциум хлорид. TGA на примерокот ја потврди интерпретацијата на анализата со пик на карактеристичната температура на чистиот стронциум хлорид (Сл. 6в). Нивната мала вредност може да се оправда со мал дел од солта во споредба со масата на металниот носач. Масата на десорпција определена во експериментите одговара на количината од 7,3 g/m2 дадена по единица површина на адсорберот на температура од 150°C.
Исто така, беа тестирани и премази од цинк сулфат третирани со елоксал. Макроскопски, премазот е многу тенок и униформен слој (Сл. 7а). Сепак, SEM откри површина покриена со мали кристали одделени со празни површини (Сл. 7б). TGA на премазот и подлогата беше споредена со онаа на чиста сол (Слика 7в). Чистата сол има еден асиметричен врв на 59,1°C. Обложениот алуминиум покажа два мали врва на 55,5°C и 61,3°C, што укажува на присуство на хидрат на цинк сулфат. Разликата во масата откриена во експериментот одговара на 10,9 g/m2 на температура на дехидратација од 150°C.
Како и во претходната апликација53, хидроксиетил целулозата беше употребена како врзивно средство за подобрување на адхезијата и стабилноста на сорбентната обвивка. Компатибилноста на материјалот и ефектот врз перформансите на адсорпција беа оценети со TGA. Анализата се спроведува во однос на вкупната маса, т.е. примерокот вклучува метална плоча што се користи како подлога за обложување. Адхезијата се тестира со тест базиран на тестот за попречен засек дефиниран во спецификацијата ISO2409 (не може да се исполни спецификацијата за одвојување на засеците во зависност од дебелината и ширината на спецификацијата).
Обложувањето на панелите со калциум хлорид (CaCl2) (видете Сл. 8a) резултираше со нееднаква распределба, што не беше забележано кај чистиот алуминиумски премаз што се користеше за тестот со попречен засек. Во споредба со резултатите за чистиот CaCl2, TGA (Сл. 8b) покажува два карактеристични врвови поместени кон пониски температури од 40 и 20°C, соодветно. Тестот на пресек не дозволува објективна споредба бидејќи чистиот примерок од CaCl2 (примерок од десно на Сл. 8c) е прашкаст талог, кој ги отстранува најгорните честички. Резултатите од HEC покажаа многу тенок и униформен премаз со задоволителна адхезија. Разликата во масата прикажана на Сл. 8b одговара на 51,3 g/m2 по единица површина на адсорберот на температура од 150°C.
Позитивни резултати во однос на адхезијата и униформноста се добиени и со магнезиум сулфат (MgSO4) (види Сл. 9). Анализата на процесот на десорпција на премазот покажа присуство на еден пик од приближно 60°C. Оваа температура одговара на главниот чекор на десорпција што се гледа при дехидрација на чисти соли, што претставува уште еден чекор на 44°C. Таа одговара на преминот од хексахидрат во пентахидрат и не се забележува во случај на премази со врзива. Тестовите на пресек покажуваат подобрена дистрибуција и адхезија во споредба со премазите направени со чиста сол. Разликата во масата забележана во TGA-DTC одговара на 18,4 g/m2 по единица површина на адсорберот на температура од 150°C.
Поради површинските неправилности, стронциум хлоридот (SrCl2) има нерамномерен слој на перките (сл. 10a). Сепак, резултатите од тестот со попречен засек покажаа униформна распределба со значително подобрена адхезија (сл. 10c). TGA анализата покажа многу мала разлика во тежината, што мора да се должи на помалата содржина на сол во споредба со металната подлога. Сепак, чекорите на кривата покажуваат присуство на процес на дехидратација, иако врвот е поврзан со температурата добиена при карактеризирање на чиста сол. Врвовите на 110°C и 70,2°C забележани на сл. 10b беа пронајдени и при анализа на чиста сол. Сепак, главниот чекор на дехидратација забележан во чиста сол на 50°C не беше одразен во кривите со користење на врзивно средство. Спротивно на тоа, смесата од врзивно средство покажа два врва на 20,2°C и 94,1°C, кои не беа измерени за чистата сол (сл. 10b). На температура од 150 °C, набљудуваната разлика во масата одговара на 7,2 g/m2 по единица површина на адсорберот.
Комбинацијата на HEC и цинк сулфат (ZnSO4) не даде прифатливи резултати (Слика 11). TGA анализата на обложениот метал не откри никакви процеси на дехидратација. Иако дистрибуцијата и адхезијата на облогата се подобрија, неговите својства се сè уште далеку од оптимални.
Наједноставниот начин за премачкување на метални влакна со тенок и униформен слој е влажна импрегнација (сл. 12а), што вклучува подготовка на целната сол и импрегнација на метални влакна со воден раствор.
При подготовка за влажна импрегнација, се среќаваат два главни проблеми. Од една страна, површинскиот напон на солениот раствор спречува правилно вградување на течноста во порозната структура. Кристализацијата на надворешната површина (сл. 12d) и воздушните меурчиња заробени во структурата (сл. 12c) можат да се намалат само со намалување на површинскиот напон и претходно навлажнување на примерокот со дестилирана вода. Присилното растворање во примерокот со евакуирање на воздухот внатре или со создавање проток на раствор во структурата се други ефикасни начини за обезбедување целосно полнење на структурата.
Вториот проблем што се појави за време на подготовката беше отстранувањето на филмот од дел од солта (видете Сл. 12б). Овој феномен се карактеризира со формирање на сува обвивка на површината на растворање, што го запира конвективно стимулираното сушење и го започнува процесот стимулиран од дифузија. Вториот механизам е многу побавен од првиот. Како резултат на тоа, потребна е висока температура за разумно време на сушење, што го зголемува ризикот од формирање меурчиња во примерокот. Овој проблем се решава со воведување на алтернативен метод на кристализација базиран не на промена на концентрацијата (испарување), туку на промена на температурата (како во примерот со MgSO4 на Сл. 13).
Шематски приказ на процесот на кристализација за време на ладење и одвојување на цврсти и течни фази со употреба на MgSO4.
Заситените раствори на сол може да се подготват на или над собна температура (HT) со користење на овој метод. Во првиот случај, кристализацијата е предизвикана со намалување на температурата под собна температура. Во вториот случај, кристализацијата се случила кога примерокот бил оладен на собна температура (RT). Резултатот е мешавина од кристали (B) и растворен (A), чиј течен дел се отстранува со компримиран воздух. Овој пристап не само што го избегнува формирањето на филм на овие хидрати, туку и го намалува времето потребно за подготовка на други композити. Сепак, отстранувањето на течноста со компримиран воздух води до дополнителна кристализација на солта, што резултира со подебел слој.
Друг метод што може да се користи за обложување на метални површини вклучува директно производство на целни соли преку хемиски реакции. Обложените разменувачи на топлина направени со реакција на киселини на металните површини на перките и цевките имаат голем број предности, како што е наведено во нашата претходна студија. Примената на овој метод на влакна доведе до многу лоши резултати поради формирањето на гасови за време на реакцијата. Притисокот на меурчињата од водороден гас се акумулира во внатрешноста на сондата и се менува како што се исфрла производот (Сл. 14а).
Облогата е модифицирана преку хемиска реакција за подобро контролирање на дебелината и распределбата на облогата. Овој метод вклучува пропуштање на млаз од кисела магла низ примерокот (Слика 14б). Се очекува ова да резултира со униформен облог преку реакција со металната подлога. Резултатите беа задоволителни, но процесот беше премногу бавен за да се смета за ефикасен метод (Слика 14в). Пократко време на реакција може да се постигне со локализирано загревање.
За да се надминат недостатоците на горенаведените методи, проучен е метод на обложување базиран на употреба на лепила. HEC е избран врз основа на резултатите презентирани во претходниот дел. Сите примероци се подготвени со 3% теж. Врзувачкото средство се меша со сол. Влакната се претходно третирани според истата постапка како и за ребрата, т.е. потопени во 50% вол. во рок од 15 минути. сулфурна киселина, потоа потопени во натриум хидроксид 20 секунди, измиени во дестилирана вода и конечно потопени во дестилирана вода 30 минути. Во овој случај, додаден е дополнителен чекор пред импрегнацијата. Потопете го примерокот накратко во разреден раствор на целна сол и исушете го на приближно 60°C. Процесот е дизајниран да ја модифицира површината на металот, создавајќи места на нуклеација кои ја подобруваат дистрибуцијата на облогата во последната фаза. Влакнестата структура има една страна каде што филаментите се потенки и цврсто спакувани, а спротивната страна каде што филаментите се подебели и помалку распределени. Ова е резултат на 52 производствени процеси.
Резултатите за калциум хлорид (CaCl2) се сумирани и илустрирани со слики во Табела 1. Добра покриеност по инокулацијата. Дури и оние нишки без видливи кристали на површината имаа намалени метални рефлексии, што укажува на промена во завршната обработка. Сепак, откако примероците беа импрегнирани со водена мешавина од CaCl2 и HEC и сушени на температура од околу 60°C, облогите беа концентрирани на пресеците на структурите. Ова е ефект предизвикан од површинскиот напон на растворот. По натопувањето, течноста останува во примерокот поради нејзиниот површински напон. Во основа, тоа се случува на пресекот на структурите. Најдобрата страна на примерокот има неколку дупки исполнети со сол. Тежината се зголеми за 0,06 g/cm3 по обложувањето.
Обложувањето со магнезиум сулфат (MgSO4) произведе повеќе сол по единица волумен (Табела 2). Во овој случај, измерениот прираст е 0,09 g/cm3. Процесот на сеење резултираше со широка покриеност на примерокот. По процесот на обложување, солта блокира големи површини од тенката страна на примерокот. Покрај тоа, некои области од матот се блокирани, но дел од порозноста е задржана. Во овој случај, формирањето на сол лесно се забележува на пресекот на структурите, потврдувајќи дека процесот на обложување главно се должи на површинскиот напон на течноста, а не на интеракцијата помеѓу солта и металната подлога.
Резултатите за комбинацијата од стронциум хлорид (SrCl2) и HEC покажаа слични својства како и во претходните примери (Табела 3). Во овој случај, потенката страна на примерокот е речиси целосно покриена. Видливи се само поединечни пори, формирани за време на сушењето како резултат на ослободувањето на пареа од примерокот. Шаблонот забележан на мат страната е многу сличен на претходниот случај, површината е блокирана со сол, а влакната не се целосно покриени.
За да се оцени позитивниот ефект на влакнестата структура врз термичките перформанси на разменувачот на топлина, беше одредена ефективната топлинска спроводливост на обложената влакнеста структура и споредена со чистиот материјал за обложување. Топлинската спроводливост беше измерена според ASTM D 5470-2017 со помош на уредот со рамен панел прикажан на Слика 15a со помош на референтен материјал со позната топлинска спроводливост. Во споредба со другите методи на транзиентно мерење, овој принцип е предност за порозните материјали што се користат во оваа студија, бидејќи мерењата се вршат во стационарна состојба и со доволна големина на примерокот (основна површина 30 × 30 mm2, висина приближно 15 mm). Примероците од чистиот материјал за обложување (референца) и обложената структура на влакната беа подготвени за мерења во насока на влакното и нормално на насоката на влакното за да се оцени ефектот на анизотропната топлинска спроводливост. Примероците беа избрусени на површината (P320 грит) за да се минимизира ефектот на површинската грубост поради подготовката на примерокот, што не ја одразува структурата во примерокот.