Asante kwa kutembelea Nature.com. Toleo la kivinjari unachotumia lina usaidizi mdogo wa CSS. Kwa matokeo bora, tunapendekeza utumie toleo jipya la kivinjari chako (au zima Hali ya Utangamano katika Internet Explorer). Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tunaonyesha tovuti bila mtindo au JavaScript.
Asidi ya Stearic (SA) hutumika kama nyenzo ya mabadiliko ya awamu (PCM) katika vifaa vya kuhifadhi nishati. Katika utafiti huu, mbinu ya sol-gel ilitumika kuifunika kwa microcapsulate ya surfactant ya ganda la SiO2. Kiasi mbalimbali cha SA (5, 10, 15, 20, 30, na 50 g) kilifunikwa katika 10 mL ya tetraethyl orthosilicate (TEOS). Nyenzo ya mabadiliko ya awamu iliyounganishwa kwa microcapsulated (MEPCM) ilibainishwa na spektroskopia ya infrared ya Fourier (FT-IR), diffraction ya X-ray (XRD), spektroskopia ya photoelectron ya X-ray (XPS), na hadubini ya elektroni ya skanning (SEM). Matokeo ya uainishaji yalionyesha kuwa SA ilifunikwa kwa mafanikio na SiO2. Uchambuzi wa Thermogravimetric (TGA) ulionyesha kuwa MEPCM ina utulivu bora wa joto kuliko CA. Kwa kutumia kalorimetri ya skanning tofauti (DSC), ilibainika kuwa thamani ya enthalpy ya MEPCM haikubadilika hata baada ya mizunguko 30 ya kupoeza joto. Miongoni mwa sampuli zote zilizofunikwa kwa vifuniko vidogo, gramu 50 za SA zenye MEPCM zilikuwa na joto la juu zaidi la kuyeyuka na kuganda, ambalo lilikuwa 182.53 J/g na 160.12 J/g, mtawalia. Thamani ya ufanisi wa kifurushi ilihesabiwa kwa kutumia data ya joto na ufanisi wa juu zaidi ulipatikana kwa sampuli hiyo hiyo ambayo ilikuwa 86.68%.
Takriban 58% ya nishati inayotumika katika tasnia ya ujenzi hutumika kupasha joto na kupoza majengo1. Kwa hivyo, jambo muhimu zaidi ni kuunda mifumo bora ya nishati inayozingatia uchafuzi wa mazingira2. Teknolojia ya joto fiche kwa kutumia vifaa vya mabadiliko ya awamu (PCM) inaweza kuhifadhi nishati nyingi katika mabadiliko ya joto ya chini3,4,5,6 na inaweza kutumika sana katika nyanja kama vile uhamishaji wa joto, uhifadhi wa nishati ya jua, anga za juu na kiyoyozi7,8,9. PCM hunyonya nishati ya joto kutoka kwa majengo ya nje wakati wa mchana na kutoa nishati usiku10. Kwa hivyo, vifaa vya mabadiliko ya awamu vinapendekezwa kama vifaa vya kuhifadhi nishati ya joto. Kwa kuongezea, kuna aina tofauti za PCM kama vile imara-imara, imara-kioevu, gesi-kioevu na gesi-imara11. Miongoni mwao, vifaa vya mabadiliko ya awamu maarufu na vinavyotumika mara kwa mara ni vifaa vya mabadiliko ya awamu imara-imara na vifaa vya mabadiliko ya awamu imara-kioevu. Hata hivyo, matumizi yao ni magumu sana kutokana na mabadiliko makubwa ya ujazo wa vifaa vya mpito wa awamu ya gesi kioevu na gesi ngumu.
PCM ina matumizi mbalimbali kutokana na sifa zake: zile zinazoyeyuka kwenye halijoto chini ya 15°C zinaweza kutumika katika mifumo ya kiyoyozi ili kudumisha halijoto ya baridi, na zile zinazoyeyuka kwenye halijoto ya juu ya 90°C zinaweza kutumika katika mifumo ya kupasha joto ili kuzuia moto12. Kulingana na matumizi na kiwango cha kiwango cha kuyeyuka, vifaa mbalimbali vya mabadiliko ya awamu vimetengenezwa kutoka kwa kemikali tofauti za kikaboni na zisizo za kikaboni13,14,15. Parafini ni nyenzo ya mabadiliko ya awamu inayotumika sana yenye joto kali lililofichwa, isiyosababisha kutu, usalama na kiwango kikubwa cha kiwango cha kuyeyuka16,17,18,19,20,21.
Hata hivyo, kutokana na upitishaji mdogo wa joto wa vifaa vya mabadiliko ya awamu, vinahitaji kufunikwa kwenye ganda (safu ya nje) ili kuzuia uvujaji wa nyenzo za msingi wakati wa mchakato wa mabadiliko ya awamu22. Zaidi ya hayo, makosa ya uendeshaji au shinikizo la nje yanaweza kuharibu safu ya nje (upako), na nyenzo ya mabadiliko ya awamu iliyoyeyuka inaweza kuguswa na vifaa vya ujenzi, na kusababisha kutu kwa baa za chuma zilizopachikwa, na hivyo kupunguza utendakazi wa jengo23. Kwa hivyo, ni muhimu kuunganisha vifaa vya mabadiliko ya awamu vilivyofunikwa na nyenzo za kutosha za ganda, ambazo zinaweza kutatua matatizo yaliyo hapo juu24.
Ufungaji mdogo wa nyenzo za mabadiliko ya awamu unaweza kuongeza uhamishaji wa joto na kupunguza athari ya mazingira, na kudhibiti mabadiliko ya ujazo. Mbinu mbalimbali zimetengenezwa kwa ajili ya ufungaji wa PCM, yaani upolimishaji wa uso wa ndani25,26,27,28, upolimishaji wa ndani29,30,31,32, ufungaji wa 33,34,35 na michakato ya sol-gel36,37,38,39. Resini ya formaldehyde inaweza kutumika kwa ufungaji mdogo40,41,42,43. Resini za Melamine-formaldehyde na urea-formaldehyde hutumika kama nyenzo za ganda, ambazo mara nyingi hutoa formaldehyde yenye sumu wakati wa operesheni. Kwa hivyo, nyenzo hizi haziruhusiwi kutumika katika michakato ya vifungashio. Hata hivyo, nyenzo rafiki kwa mazingira za mabadiliko ya awamu kwa ajili ya hifadhi ya nishati ya joto inayoweza kupanuliwa zinaweza kutengenezwa kwa kutumia nanocapsules mseto kulingana na asidi ya mafuta na lignin 44.
Zhang na wenzake 45 walitengeneza asidi ya lauriki kutoka kwa orthosilicate ya tetraethili na kuhitimisha kwamba kadri uwiano wa ujazo wa methyltriethoxysilane hadi orthosilicate ya tetraethili unavyoongezeka, joto fiche hupungua na hidrofobiti ya uso huongezeka. Asidi ya lauriki inaweza kuwa nyenzo muhimu inayowezekana na yenye ufanisi kwa nyuzi za kapok46. Kwa kuongezea, Latibari na wenzake 47 walitengeneza PCM zenye msingi wa asidi ya steariki kwa kutumia TiO2 kama nyenzo ya ganda. Zhu na wenzake waliandaa nanocapsule za n-octadecane na silikoni kama PCM zinazowezekana 48. Kutoka kwa mapitio ya fasihi, ni vigumu kuelewa kipimo kilichopendekezwa kwa ajili ya uundaji wa nyenzo za mabadiliko ya awamu zenye ufanisi na thabiti.
Kwa hivyo, kwa ufahamu wa waandishi, kiasi cha nyenzo za mabadiliko ya awamu zinazotumika kwa ajili ya uundaji mdogo wa kapsuli ni kigezo muhimu kwa ajili ya uzalishaji wa nyenzo za mabadiliko ya awamu zenye ufanisi na imara. Kutumia kiasi tofauti cha nyenzo za mabadiliko ya awamu kutaturuhusu kufafanua sifa tofauti na uthabiti wa nyenzo za mabadiliko ya awamu zenye kapsuli ndogo. Asidi ya Stearic (asidi ya mafuta) ni dutu rafiki kwa mazingira, muhimu kimatibabu na kiuchumi ambayo inaweza kutumika kuhifadhi nishati ya joto kwa sababu ina thamani kubwa ya enthalpy (~200 J/g) na inaweza kuhimili halijoto hadi 72 °C. Kwa kuongezea, SiO2 haiwezi kuwaka, hutoa nguvu ya juu ya mitambo, upitishaji joto na upinzani bora wa kemikali kwa nyenzo za msingi, na hufanya kazi kama nyenzo ya pozzolanic katika ujenzi. Saruji inapochanganywa na maji, PCM zilizofunikwa vibaya zinaweza kupasuka kutokana na uchakavu wa mitambo na halijoto ya juu (joto la unyevu) linalozalishwa katika miundo mikubwa ya zege. Kwa hivyo, matumizi ya CA iliyofunikwa kidogo na ganda la SiO2 yanaweza kutatua tatizo hili. Kwa hivyo, lengo la utafiti huu lilikuwa kuchunguza utendaji na ufanisi wa PCM zilizotengenezwa na mchakato wa sol-gel katika matumizi ya ujenzi. Katika kazi hii, tulisoma kwa utaratibu viwango tofauti vya SA (kama nyenzo ya msingi) vya 5, 10, 15, 20, 30 na 50 g zilizofunikwa kwenye ganda la SiO2. Kiasi kisichobadilika cha tetraethylorthosilicate (TEOS) katika ujazo wa 10 ml kilitumika kama suluhisho la awali la uundaji wa ganda la SiO2.
Asidi ya steariki ya kiwango tendaji (SA, C18H36O2, kiwango cha kuyeyuka: 72°C) kama nyenzo kuu ilinunuliwa kutoka Daejung Chemical & Metals Co., Ltd., Gyeonggi-do, Korea Kusini. Tetraethylorthosilicate (TEOS, C8H20O4Si) kama myeyusho wa awali ilinunuliwa kutoka Acros Organics, Geel, Ubelgiji. Zaidi ya hayo, ethanoli kamili (EA, C2H5OH) na sodiamu lauryl sulfate (SLS, C12H25NaO4S) zilinunuliwa kutoka Daejung Chemical & Metals Co., Ltd, Gyeonggi-do, Korea Kusini, na zilitumika kama miyeyusho na viongeza maji, mtawalia. Maji yaliyoyeyushwa pia hutumika kama miyeyusho.
Kiasi tofauti cha SA kilichanganywa na uwiano tofauti wa sodiamu lauryl sulfate (SLS) katika mL 100 ya maji yaliyochemshwa kwa kutumia kichocheo cha sumaku kwa kasi ya 800 rpm na 75 °C kwa saa 1 (Jedwali 1). Emulsion za SA ziligawanywa katika vikundi viwili: (1) 5, 10 na 15 g za SA zilichanganywa na 0.10 g ya SLS katika 100 ml ya maji yaliyochemshwa (SATEOS1, SATEOS2 na SATEOS3), (2) 20, 30 na 50 g za SA zilichanganywa na 0.15, 0.20 na 0.25 g ya SLS zilichanganywa na 100 ml ya maji yaliyochemshwa (SATEOS4, SATEOS5 na SATEOS6). 0.10 g ya SLS ilitumika na 5, 10 na 15 g za SA kuunda emulsion husika. Baadaye, ilipendekezwa kuongeza idadi ya SLS kwa SATEOS4, SATEOS5 na SATEOS6. Jedwali 1 linaonyesha uwiano wa CA na SLS unaotumika kupata myeyusho thabiti wa emulsion.
Weka TEOS 10 ml, ethanoli 10 ml (EA) na maji yaliyosafishwa 20 ml kwenye kopo la mililita 100. Ili kusoma ufanisi wa ufungashaji wa uwiano tofauti wa makombora ya SA na SiO2, mgawo wa usanisi wa sampuli zote ulirekodiwa. Mchanganyiko ulichanganywa na kichocheo cha sumaku kwa 400 rpm na 60°C kwa saa 1. Kisha mchanganyiko wa awali uliongezwa kwa njia ya matone kwenye emulsion ya SA iliyoandaliwa, ukachanganywa kwa nguvu kwa 800 rpm na 75°C kwa saa 2, na kuchujwa ili kupata unga mweupe. Unga mweupe ulioshwa kwa maji yaliyosafishwa ili kuondoa SA iliyobaki na kukaushwa kwenye oveni ya utupu kwa 45°C kwa saa 24. Matokeo yake, SC iliyofunikwa kwa microcapsule yenye ganda la SiO2 ilipatikana. Mchakato mzima wa usanisi na utayarishaji wa SA iliyofunikwa kwa microcapsule umeonyeshwa kwenye Mchoro 1.
Vidonge vidogo vya SA vyenye ganda la SiO2 vilitayarishwa kwa njia ya sol-gel, na utaratibu wao wa kufungia unaonyeshwa kwenye Mchoro 2. Hatua ya kwanza inahusisha kuandaa emulsion ya SA katika mmumunyo wa maji na SLS kama surfakti. Katika hali hii, ncha ya hidrofobi ya molekuli ya SA hufungamana na SLS, na ncha ya hidrofobi kwa molekuli za maji, na kutengeneza emulsion thabiti. Hivyo, sehemu za hidrofobi za SLS zinalindwa na kufunika uso wa tone la SA. Kwa upande mwingine, hidrolisisi ya myeyusho ya TEOS hutokea polepole na molekuli za maji, na kusababisha uundaji wa TEOS iliyohidrolisisi mbele ya ethanoli (Mchoro 2a) 49,50,51. TEOS iliyohidrolisisi hupitia mmenyuko wa mgandamizo, ambapo TEOS iliyohidrolisisi n huunda makundi ya silika (Mchoro 2b). Makundi ya silika yalifunikwa na SA52 mbele ya SLS (Mchoro 2c), ambayo huitwa mchakato wa kufungia kidogo.
Mchoro wa kimfumo wa kufungika kwa CA ndogo na ganda la SiO2 (a) hidrolisisi ya TEOS (b) mgandamizo wa hidrolisisi na (c) kufungika kwa CA na ganda la SiO2.
Uchambuzi wa kemikali wa SA kubwa na SA iliyofunikwa kwa vipande vidogo ulifanyika kwa kutumia spektromita ya infrared ya Fourier transform (FT-IR, Perkin Elmer UATR Two, USA) na spektromita zilirekodiwa katika kiwango cha kuanzia 500 hadi 4000 cm-1.
Kipima mwangaza cha X-ray (XRD, D/MAX-2500, Rigaku, Japani) kilitumika kuchanganua awamu za SA nyingi na vifaa vya microcapsule. Uchanganuzi wa kimuundo wa X-ray ulifanyika katika masafa ya 2θ = 5°–95° kwa kasi ya uchanganuzi ya 4°/min, kwa kutumia mionzi ya Cu-Kα (λ = 1.541 Å), hali ya uendeshaji ya 25 kV na 100 mA, katika hali ya uchanganuzi endelevu. Picha za X-ray zilijengwa katika masafa ya 2θ = 5–50°, kwani hakuna kilele kilichoonekana baada ya 50° katika sampuli zote.
Spektroskopia ya picha ya elektroni ya X-ray (XPS, Scienta Omicron R3000, Marekani) ilifanywa kwa kutumia Al Kα (1486.6 eV) kama chanzo cha eksirei ili kuelewa hali ya kemikali ya wingi wa SA pamoja na elementi zilizopo kwenye nyenzo ya kufungia. Spektroskopia za XPS zilizokusanywa zilirekebishwa hadi kilele cha C 1s kwa kutumia kaboni ya kigeni (nishati ya kuunganisha 284.6 eV). Baada ya marekebisho ya usuli kwa kutumia mbinu ya Shirley, vilele vya ubora wa juu vya kila elementi viliondolewa msongamano na kuwekwa kwa vitendakazi vya Gaussian/Lorentzian kwa kutumia programu ya CASA XPS.
Mofolojia ya SC kubwa na SC iliyofunikwa kwa vipande vidogo ilichunguzwa kwa kutumia hadubini ya elektroni ya kuchanganua (SEM, MIRA3, TESCAN, Brno, Jamhuri ya Czech) iliyo na spektroskopia ya X-ray inayotawanya nishati (EDS) kwa kV 15. Kabla ya upigaji picha wa SEM, sampuli zilipakwa platinamu (Pt) ili kuepuka athari za kuchaji.
Sifa za joto (kiwango cha kuyeyuka/kuganda na joto fiche) na uaminifu (mzunguko wa joto) ziliamuliwa kwa kutumia kipimo tofauti cha kalori (DSC, TA Instrument, Discovery DSC, Newcastle, Marekani) kwa kiwango cha kupasha/kupoeza cha 10 °C/dakika kwa 40 °C. na 90 °C kwa kutumia usafishaji endelevu wa nitrojeni. Uchambuzi wa kupunguza uzito ulifanywa kwa kutumia kichambuzi cha TGA (TA Instrument, Discovery TGA, New Castle, Marekani) katika mtiririko endelevu wa nitrojeni kuanzia kwa halijoto ya 40–600 °C, kwa kiwango cha kupasha joto cha 10 °C/dakika.
Mchoro 3 unaonyesha spektra ya FTIR ya SC ya wingi pamoja na SC iliyofunikwa kwa vipande vidogo (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 na SATEOS6). Vilele vya unyonyaji katika 2910 cm-1 na 2850 cm-1 katika sampuli zote (SA pamoja na SA iliyofunikwa kwa vipande vidogo) vinahusishwa na mitetemo ya kunyoosha ya vikundi vya -CH3 na -CH2, mtawalia10,50. Kilele katika 1705 cm-1 kinalingana na kunyoosha kwa mtetemo wa dhamana ya C=O. Vilele katika 1470 cm-1 na 1295 cm-1 vinahusishwa na mtetemo wa kupinda kwa ndege wa kikundi kinachofanya kazi cha -OH, huku vilele katika 940 cm-1 na 719 cm-1 vinahusiana na mtetemo wa ndani na mavuno ya ndege. -mtetemo wa uundaji wa ndege, mtawalia - kikundi cha OH. Vilele vya ufyonzaji wa SA katika 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 na 719 cm-1 pia vilizingatiwa katika SA zote zilizofunikwa kwa vipande vidogo. Zaidi ya hayo, kilele kipya kilichogunduliwa katika 1103 cm-1 kinacholingana na mtetemo wa kunyoosha usio na ulinganifu wa bendi ya Si-O-Si kilionekana katika microcapsule ya SA. Matokeo ya FT-IR yanaendana na Yuan et al. 50 Waliandaa kwa mafanikio SA iliyofunikwa kwa vipande vidogo katika uwiano wa amonia/ethanoli na kugundua kuwa hakuna mwingiliano wa kemikali uliotokea kati ya SA na SiO2. Matokeo ya utafiti wa sasa wa FT-IR yanaonyesha kuwa ganda la SiO2 lilifanikiwa kuingiza SA (kiini) kupitia mchakato wa mgandamizo na upolimishaji wa TEOS iliyotiwa hidrolisisi. Katika kiwango cha chini cha SA, kiwango cha kilele cha bendi ya Si-O-Si ni cha juu zaidi (Mchoro 3b-d). Kadri kiwango cha SA kinavyoongezeka hadi zaidi ya gramu 15, nguvu ya kilele na upanuzi wa bendi ya Si-O-Si hupungua polepole, ikionyesha uundaji wa safu nyembamba ya SiO2 kwenye uso wa SA.
Spektra ya FTIR ya (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 na (g) SATEOS6.
Mifumo ya XRD ya SA ya wingi na SA iliyofunikwa kwa vipande vidogo imeonyeshwa kwenye Mchoro 4. Vilele vya XRD viko katika 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° \((\overline {5}kulingana na JCPDS No. 0381923, 02)\), 21.42° katika sampuli zote (311), 24.04° (602) na 39.98° (913) vimepewa SA. Upotoshaji na mseto na CA ya wingi kutokana na mambo yasiyojulikana kama vile surfactant (SLS), vitu vingine vilivyobaki na microcapsulation ya SiO250. Baada ya encapsulation kutokea, nguvu ya vilele vikuu (300), (500), (311), na (602) hupungua polepole ikilinganishwa na CA ya wingi, ikionyesha kupungua kwa fuwele ya sampuli.
Mifumo ya XRD ya (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 na (g) SATEOS6.
Kiwango cha SATEOS1 hupungua kwa kasi ikilinganishwa na sampuli zingine. Hakuna vilele vingine vilivyoonekana katika sampuli zote zilizofunikwa kwa vijiti vidogo (Mchoro 4b–g), ambayo inathibitisha kwamba ufyonzwaji wa kimwili wa SiO252 badala ya mwingiliano wa kemikali hutokea kwenye uso wa SA. Zaidi ya hayo, ilihitimishwa pia kwamba ufyonzwaji mdogo wa SA haukusababisha kuonekana kwa miundo yoyote mipya. SiO2 inabaki ikiwa imejaa kwenye uso wa SA bila mmenyuko wowote wa kemikali, na kadri kiasi cha SA kinavyopungua, vilele vilivyopo vinakuwa dhahiri zaidi (SATEOS1). Matokeo haya yanaonyesha kwamba SiO2 hufunika zaidi uso wa SA. Kilele katika (700) hutoweka kabisa, na kilele katika \((\overline{5}02)\) kinakuwa nundu katika SATEOS 1 (Mchoro 4b), ambayo inahusishwa na kupungua kwa fuwele na kuongezeka kwa amofasi. SiO2 haina umbo la mofu, kwa hivyo vilele vinavyoonekana kutoka 2θ = 19° hadi 25° vina nundu na kupanuka53 (Mchoro 4b–g), ambayo inathibitisha kuwepo kwa SiO252 isiyo na umbo la mofu. Kiwango cha chini cha kilele cha utengamano wa SA iliyofunikwa kwa mikro ni kutokana na athari ya nukta ya ukuta wa ndani wa silika na tabia ya kupunguza fuwele49. Inaaminika kuwa kwa kiwango cha chini cha SA, ganda nene la silika huundwa kutokana na kuwepo kwa kiasi kikubwa cha TEOS, ambacho kwa kiasi kikubwa hufyonzwa kwenye uso wa nje wa SA. Hata hivyo, kadri kiasi cha SA kinavyoongezeka, eneo la uso la matone ya SA katika myeyusho wa emulsion huongezeka na TEOS zaidi inahitajika kwa ajili ya utengamano sahihi. Kwa hivyo, kwa kiwango cha juu cha SA, kilele cha SiO2 katika FT-IR hukandamizwa (Mchoro 3), na kiwango cha kilele cha utengamano karibu 2θ = 19–25° katika XRF (Mchoro 4) hupungua na upanuzi pia hupungua. Haionekani. Hata hivyo, kama inavyoonekana katika Mchoro 4, mara tu kiasi cha SA kinapoongezeka kutoka 5 g (SATEOS1) hadi 50 g (SATEOS6), vilele huwa karibu sana na SA ya wingi, na kilele katika (700) huonekana huku kiwango cha kilele kikiwa kimetambuliwa. Matokeo haya yanahusiana na matokeo ya FT-IR, ambapo kiwango cha kilele cha SiO2 SATEOS6 hupungua kwa 1103 cm-1 (Mchoro 3g).
Hali za kemikali za elementi zilizopo katika SA, SATEOS1 na SATEOS6 zinaonyeshwa katika Mchoro 1 na 2. Mchoro 5, 6, 7 na 8 na Jedwali 2. Vipimo vya kupima SA ya wingi, SATEOS1 na SATEOS6 vinaonyeshwa katika Mchoro 5 na vipimo vya ubora wa juu vya C 1s, O 1s na Si 2p vinaonyeshwa katika Mchoro 5, 6, 7 na 8 na Jedwali 2. 6, 7 na 8 mtawalia. Thamani za nishati ya kufungamana zilizopatikana na XPS zimefupishwa katika Jedwali 2. Kama inavyoonekana kutoka kwa Mchoro 5, vilele dhahiri vya Si 2s na Si 2p vilizingatiwa katika SATEOS1 na SATEOS6, ambapo upenyezaji mdogo wa ganda la SiO2 ulitokea. Watafiti wa awali wameripoti kilele sawa cha Si 2s katika 155.1 eV54. Uwepo wa kilele cha Si katika SATEOS1 (Mchoro 5b) na SATEOS6 (Mchoro 5c) unathibitisha data ya FT-IR (Mchoro 3) na XRD (Mchoro 4).
Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 6 a, C 1s za SA ya wingi zina vilele vitatu tofauti vya CC, ukhalifa, na O=C=O kwenye nishati ya kuunganisha, ambavyo ni 284.5 eV, 285.2 eV, na 289.5 eV, mtawalia. Vilele vya C–C, ukhalifa na O=C=O pia vilizingatiwa katika SATEOS1 (Mchoro 6b) na SATEOS6 (Mchoro 6c) na vimefupishwa katika Jedwali 2. Mbali na hili, kilele cha C 1s pia kinalingana na kilele cha ziada cha Si-C katika 283 .1 eV (SATEOS1) na 283.5 eV (SATEOS6). Nguvu zetu za kuunganisha zinazoonekana kwa C–C, ukhalifa, O=C=O na Si–C zinahusiana vyema na vyanzo vingine55,56.
Spektra za XPS za O1 SA, SATEOS1 na SATEOS6 zinaonyeshwa katika Mchoro 7a–c, mtawalia. Kilele cha O1s cha wingi SA kimeondolewa msongamano na kina vilele viwili, yaani C=O/C–O (531.9 eV) na C–O–H (533.0 eV), huku O1 ya SATEOS1 na SATEOS6 zikiwa sawa. Kuna vilele vitatu pekee: C=O/C–O, C–O–H na Si–OH55,57,58. Nishati ya kuunganisha O1s katika SATEOS1 na SATEOS6 hubadilika kidogo ikilinganishwa na wingi SA, ambayo inahusishwa na mabadiliko katika kipande cha kemikali kutokana na uwepo wa SiO2 na Si-OH katika nyenzo ya ganda.
Spektra ya Si 2p XPS ya SATEOS1 na SATEOS6 imeonyeshwa kwenye Mchoro 8a na b, mtawalia. Katika CA ya wingi, Si 2p haikuonekana kutokana na kutokuwepo kwa SiO2. Kilele cha Si 2p kinalingana na 105.4 eV kwa SATEOS1 na 105.0 eV kwa SATEOS6, sambamba na Si-O-Si, huku kilele cha SATEOS1 kikiwa 103.5 eV na kilele cha SATEOS6 kikiwa 103.3 eV, sambamba na Si-OH55. Kuunganishwa kwa kilele cha Si-O-Si na Si-OH katika SATEOS1 na SATEOS6 kulionyesha kufanikiwa kwa upenyezaji mdogo wa SiO2 kwenye uso wa msingi wa SA.
Mofolojia ya nyenzo zilizofunikwa kwa vipande vidogo ni muhimu sana, ikiathiri umumunyifu, uthabiti, mmenyuko wa kemikali, mtiririko na nguvu59. Kwa hivyo, SEM ilitumika kuainisha mofolojia ya SA ya wingi (100×) na SA iliyofunikwa kwa vipande vidogo (500×), kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 9. Kama inavyoonekana kutoka kwa Mchoro 9a, kizuizi cha SA kina umbo la duaradufu. Ukubwa wa chembe unazidi mikroni 500. Hata hivyo, mara tu mchakato wa kufungia vipande vidogo unapoendelea, mofolojia hubadilika sana, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 9 b–g.
Picha za SEM za (a) SA (×100), (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 na (g) SATEOS6 katika ×500.
Katika sampuli ya SATEOS1, chembe ndogo za SA zilizofunikwa kwa nusu duara zenye uso mbaya huonekana (Mchoro 9b), ambayo inaweza kuwa ni kutokana na hidrolisisi na upolimishaji wa mgandamizo wa TEOS kwenye uso wa SA, na kuharakisha usambaaji wa haraka wa molekuli za ethanoli. Matokeo yake, chembe za SiO2 huwekwa na mkusanyiko huonekana52,60. Ganda hili la SiO2 hutoa nguvu ya kiufundi kwa chembe za CA zilizofunikwa kwa vijiti vidogo na pia huzuia uvujaji wa CA iliyoyeyuka kwenye halijoto ya juu10. Matokeo haya yanaonyesha kuwa vijiti vidogo vya SA vyenye SiO2 vinaweza kutumika kama nyenzo zinazoweza kuhifadhi nishati61. Kama inavyoonekana kutoka kwa Mchoro 9b, sampuli ya SATEOS1 ina usambazaji wa chembe sare na safu nene ya SiO2 inayofunika SA. Ukubwa wa chembe ya SA iliyofunikwa kwa vijiti vidogo (SATEOS1) ni takriban 10–20 μm (Mchoro 9b), ambayo ni ndogo sana ikilinganishwa na SA ya wingi kutokana na kiwango cha chini cha SA. Unene wa safu ya microcapsule husababishwa na hidrolisisi na upolimishaji wa mchanganyiko wa mchanganyiko wa mchanganyiko wa awali. Mkusanyiko hutokea kwa dozi za chini za SA, yaani hadi 15 g (Mchoro 9b-d), lakini mara tu kipimo kinapoongezeka, hakuna mkusanyiko unaoonekana, lakini chembe za duara zilizofafanuliwa wazi huonekana (Mchoro 9e-g) 62.
Kwa kuongezea, wakati kiasi cha kisafishaji cha SLS ni sawa, kiwango cha SA (SATEOS1, SATEOS2 na SATEOS3) pia huathiri ufanisi, umbo na usambazaji wa ukubwa wa chembe. Hivyo, SATEOS1 iligundulika kuonyesha ukubwa mdogo wa chembe, usambazaji sare na uso mnene (Mchoro 9b), ambao ulihusishwa na asili ya hidrofili ya SA inayokuza nuclei ya pili chini ya kisafishaji cha kudumu63. Inaaminika kwamba kwa kuongeza kiwango cha SA kutoka 5 hadi 15 g (SATEOS1, SATEOS2 na SATEOS3) na kutumia kiasi kisichobadilika cha kisafishaji, yaani 0.10 g SLS (Jedwali 1), mchango wa kila chembe ya molekuli ya kisafishaji utapungua, na hivyo kupunguza ukubwa wa chembe na ukubwa wa chembe. Usambazaji wa SATEOS2 (Mchoro 9c) na SATEOS3 (Mchoro 9d) hutofautiana na usambazaji wa SATEOS 1 (Mchoro 9b).
Ikilinganishwa na SATEOS1 (Mchoro 9b), SATEOS2 ilionyesha mofolojia mnene wa SA iliyofunikwa kwa vipande vidogo na ukubwa wa chembe uliongezeka (Mchoro 9c). Hii ni kutokana na mkusanyiko 49, ambayo hupunguza kiwango cha kuganda (Mchoro 2b). Kiasi cha SC kinapoongezeka kadri SLS inavyoongezeka, vidonge vidogo vinaonekana wazi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro. jinsi mkusanyiko unavyotokea. Kwa kuongezea, Michoro 9e–g inaonyesha kwamba chembe zote zina umbo la duara na ukubwa wazi. Imetambuliwa kwamba mbele ya kiasi kikubwa cha SA, kiasi kinachofaa cha oligoma za silika kinaweza kupatikana, na kusababisha mgandamizo na ufungashaji unaofaa na hivyo uundaji wa vidonge vidogo vilivyofafanuliwa vizuri49. Kutokana na matokeo ya SEM, ni wazi kwamba SATEOS6 iliunda vidonge vidogo vinavyolingana ikilinganishwa na kiasi kidogo cha SA.
Matokeo ya spektroskopia ya X-ray inayotawanya nishati (EDS) ya SA ya wingi na microcapsule SA yanawasilishwa katika Jedwali la 3. Kama inavyoonekana kutoka kwa jedwali hili, kiwango cha Si hupungua polepole kutoka SATEOS1 (12.34%) hadi SATEOS6 (2.68%). Ongezeko la SA. Kwa hivyo, tunaweza kusema kwamba ongezeko la kiasi cha SA husababisha kupungua kwa uwekaji wa SiO2 kwenye uso wa SA. Hakuna thamani thabiti za yaliyomo C na O katika Jedwali la 3 kutokana na uchanganuzi wa nusu-idadi wa EDS51. Kiwango cha Si cha SA iliyofunikwa kwa microcapsule kilihusishwa na matokeo ya FT-IR, XRD na XPS.
Tabia ya kuyeyuka na kuganda kwa SA kubwa pamoja na SA ndogo iliyofunikwa kwa ganda la SiO2 zinaonyeshwa katika Mchoro 1 na 2. Zinaonyeshwa katika Mchoro 10 na 11 mtawalia, na data ya joto inaonyeshwa katika Jedwali 4. Halijoto ya kuyeyuka na kuganda kwa SA ndogo iliyofunikwa kwa ganda iligundulika kuwa tofauti. Kadri kiwango cha SA kinavyoongezeka, halijoto ya kuyeyuka na kuganda kwa ganda huongezeka na kukaribia thamani za SA kubwa. Baada ya SA ndogo iliyofunikwa kwa ganda, ukuta wa silika huongeza halijoto ya fuwele, na ukuta wake hufanya kazi kama kiini cha kukuza utofauti. Kwa hivyo, kadri kiwango cha SA kinavyoongezeka, halijoto ya kuyeyuka (Mchoro 10) na kuganda kwa ganda (Mchoro 11) pia huongezeka polepole49,51,64. Miongoni mwa sampuli zote za SA ndogo zilizofunikwa kwa ganda, SATEOS6 ilionyesha halijoto ya juu zaidi ya kuyeyuka na kuganda, ikifuatiwa na SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2, na SATEOS1.
SATEOS1 inaonyesha kiwango cha chini kabisa cha kuyeyuka (68.97 °C) na halijoto ya uimara (60.60 °C), ambayo ni kutokana na ukubwa mdogo wa chembe ambapo mwendo wa chembe za SA ndani ya vijidonge vidogo ni mdogo sana na ganda la SiO2 huunda safu nene na hivyo Core Material hupunguza kunyoosha na kusonga49. Dhana hii inahusiana na matokeo ya SEM, ambapo SATEOS1 ilionyesha ukubwa mdogo wa chembe (Mchoro 9b), ambayo ni kutokana na ukweli kwamba molekuli za SA zimefungiwa ndani ya eneo dogo sana la vijidonge vidogo. Tofauti katika halijoto ya kuyeyuka na uimara wa uzito mkuu, pamoja na vijidonge vyote vidogo vya SA vyenye vijidonge vya SiO2, iko katika kiwango cha 6.10–8.37 °C. Matokeo haya yanaonyesha kuwa SA iliyofunikwa kwa vijidonge vidogo inaweza kutumika kama nyenzo inayoweza kuhifadhi nishati kutokana na upitishaji mzuri wa joto wa ganda la SiO2 65.
Kama inavyoonekana kutoka Jedwali la 4, SATEOS6 ina enthalpi ya juu zaidi kati ya SC zote zilizofunikwa kwa vijiti vidogo (Mchoro 9g) kutokana na ufungashaji sahihi ulioonekana na SEM. Kiwango cha ufungashaji cha SA kinaweza kuhesabiwa kwa kutumia mlinganyo (1). (1) Kwa kulinganisha data ya joto fiche ya SA49 iliyofunikwa kwa vijiti vidogo.
Thamani ya R inawakilisha kiwango cha ufungashaji (%) cha SC iliyofunikwa kwa vijisehemu vidogo, ΔHMEPCM, m inawakilisha joto fiche la muunganiko wa SC iliyofunikwa kwa vijisehemu vidogo, na ΔHPCM, m inawakilisha joto fiche la muunganiko wa SC. Zaidi ya hayo, ufanisi wa ufungashaji (%) unahesabiwa kama kigezo kingine muhimu cha kiufundi, kama inavyoonyeshwa katika Mlinganyo (1). (2)49.
Thamani ya E inawakilisha ufanisi wa ufungashaji (%) wa CA iliyofunikwa kwa vijisehemu vidogo, ΔHMEPCM,s inawakilisha joto fiche la uponyaji wa CA iliyofunikwa kwa vijisehemu vidogo, na ΔHPCM,s inawakilisha joto fiche la uponyaji wa CA.
Kama inavyoonyeshwa katika Jedwali la 4, kiwango cha ufungashaji na ufanisi wa SATEOS1 ni 71.89% na 67.68%, mtawalia, na kiwango cha ufungashaji na ufanisi wa SATEOS6 ni 90.86% na 86.68%, mtawalia (Jedwali la 4). Sampuli ya SATEOS6 inaonyesha mgawo wa juu zaidi wa ufungashaji na ufanisi kati ya SA zote zilizowekwa ndani ya vijiti vidogo, ikionyesha uwezo wake wa juu wa joto. Kwa hivyo, mpito kutoka kwa kigumu hadi kioevu unahitaji kiasi kikubwa cha nishati. Kwa kuongezea, tofauti katika halijoto ya kuyeyuka na ugandamizaji wa vijiti vidogo vyote vya SA na SA ya wingi wakati wa mchakato wa kupoeza inaonyesha kwamba ganda la silika limezuiliwa kwa nafasi wakati wa usanisi wa vijiti vidogo. Kwa hivyo, matokeo yanaonyesha kwamba kadri kiasi cha SC kinavyoongezeka, kiwango cha ufungashaji na ufanisi huongezeka polepole (Jedwali la 4).
Mikunjo ya TGA ya SA kubwa na kapsuli ndogo ya SA yenye ganda la SiO2 (SATEOS1, SATEOS3 na SATEOS6) imeonyeshwa kwenye Mchoro 12. Sifa za uthabiti wa joto za SA kubwa (SATEOS1, SATEOS3 na SATEOS6) zililinganishwa na sampuli zilizofunikwa kwa vifuniko vidogo. Ni wazi kutoka kwa mkunjo wa TGA kwamba upotevu wa uzito wa SA kubwa pamoja na SA ndogo iliyofunikwa kwa vifuniko vidogo inaonyesha kupungua laini na kidogo sana kutoka 40°C hadi 190°C. Katika halijoto hii, SC kubwa haipitii mtengano wa joto, ilhali SC ndogo iliyofunikwa kwa vifuniko hutoa maji yaliyofunikwa hata baada ya kukauka kwa 45°C kwa saa 24. Hii ilisababisha upotevu mdogo wa uzito,49 lakini zaidi ya halijoto hii nyenzo ilianza kuharibika. Katika kiwango cha chini cha SA (yaani SATEOS1), kiwango cha maji kilichofunikwa ni cha juu na hivyo upotevu wa uzito hadi 190°C ni wa juu zaidi (kipengee kilicho kwenye Mchoro 12). Mara tu halijoto inapoongezeka zaidi ya 190 °C, sampuli huanza kupoteza uzito kutokana na michakato ya utengano. SA ya wingi huanza kuoza kwa 190 °C na 4% pekee hubaki kwa 260 °C, ilhali SATEOS1, SATEOS3 na SATEOS6 huhifadhi 50%, 20% na 12% katika halijoto hii, mtawalia. Baada ya 300 °C, upotevu wa wingi wa SA ya wingi ulikuwa takriban 97.60%, huku upotevu wa wingi wa SATEOS1, SATEOS3, na SATEOS6 ulikuwa takriban 54.20%, 82.40%, na 90.30%, mtawalia. Kwa ongezeko la kiwango cha SA, kiwango cha SiO2 hupungua (Jedwali 3), na kukonda kwa ganda huonekana katika SEM (Mchoro 9). Kwa hivyo, upotevu wa uzito wa SA iliyofunikwa kwa vipande vidogo ni mdogo ikilinganishwa na SA ya wingi, ambayo inaelezewa na sifa nzuri za ganda la SiO2, ambalo huchochea uundaji wa safu ya silikati-kaboni ya kaboni kwenye uso wa SA, na hivyo kutenganisha kiini cha SA na kupunguza kasi ya kutolewa kwa bidhaa tete zinazotokana10. Safu hii ya char huunda kizuizi cha kinga kimwili wakati wa mtengano wa joto, na kupunguza mpito wa molekuli zinazoweza kuwaka hadi awamu ya gesi66,67. Mbali na hili, tunaweza pia kuona matokeo muhimu ya upotevu wa uzito: SATEOS1 inaonyesha thamani za chini ikilinganishwa na SATEOS3, SATEOS6 na SA. Hii ni kwa sababu kiasi cha SA katika SATEOS1 ni kidogo kuliko katika SATEOS3 na SATEOS6, ambapo ganda la SiO2 huunda safu nene. Kwa upande mwingine, upotevu wa jumla wa uzito wa SA ya wingi hufikia 99.50% kwa 415 °C. Hata hivyo, SATEOS1, SATEOS3, na SATEOS6 zilionyesha kupungua kwa uzito kwa 62.50%, 85.50%, na 93.76%, mtawalia, kwa nyuzi joto 415. Matokeo haya yanaonyesha kwamba kuongezwa kwa TEOS kunaboresha uharibifu wa SA kwa kuunda safu ya SiO2 kwenye uso wa SA. Tabaka hizi zinaweza kuunda kizuizi cha kinga kimwili, na kwa hivyo uboreshaji katika utulivu wa joto wa CA iliyofunikwa kwa vipande vidogo unaweza kuzingatiwa.
Matokeo ya kuegemea kwa joto ya SA ya wingi na sampuli bora zaidi iliyofunikwa kwa vifuniko vidogo (yaani SATEOS 6) baada ya mizunguko 30 ya kupasha joto na kupoeza ya DSC51,52 yanaonyeshwa kwenye Mchoro 13. Inaweza kuonekana kwamba SA ya wingi (Mchoro 13a) haionyeshi tofauti yoyote katika thamani ya uimara wa joto na enthalpy, huku SATEOS6 (Mchoro 13b) haionyeshi tofauti yoyote katika thamani ya joto na enthalpy hata baada ya mzunguko wa 30 wa kupasha joto na mchakato wa kupoeza. SA ya wingi ilionyesha kiwango cha kuyeyuka cha 72.10 °C, halijoto ya uimara ya 64.69 °C, na joto la muunganiko na uimara baada ya mzunguko wa kwanza lilikuwa 201.0 J/g na 194.10 J/g, mtawalia. Baada ya mzunguko wa 30, kiwango cha kuyeyuka kwa thamani hizi kilipungua hadi 71.24 °C, halijoto ya uimara ilipungua hadi 63.53 °C, na thamani ya enthalpi ilipungua kwa 10%. Mabadiliko katika halijoto ya kuyeyuka na uimara, pamoja na kupungua kwa thamani za enthalpi, yanaonyesha kuwa CA ya wingi haitegemewi kwa matumizi yasiyo ya microencapsulation. Hata hivyo, baada ya microencapsulation sahihi kutokea (SATEOS6), halijoto ya kuyeyuka na uimara na thamani za enthalpi hazibadiliki (Mchoro 13b). Mara tu ikiwa imefunikwa kwa microcapsulation na ganda la SiO2, SA inaweza kutumika kama nyenzo ya mabadiliko ya awamu katika matumizi ya joto, haswa katika ujenzi, kutokana na halijoto zake bora za kuyeyuka na uimara na enthalpi thabiti.
Mikunjo ya DSC iliyopatikana kwa sampuli SA (a) na SATEOS6 (b) katika mizunguko ya 1 na 30 ya kupasha joto na kupoeza.
Katika utafiti huu, uchunguzi wa kimfumo wa uwekaji wa vijisehemu vidogo ulifanywa kwa kutumia SA kama nyenzo kuu na SiO2 kama nyenzo ya ganda. TEOS hutumika kama kitangulizi cha kuunda safu ya usaidizi ya SiO2 na safu ya kinga kwenye uso wa SA. Baada ya usanisi uliofanikiwa wa SA iliyofungwa vidogo, matokeo yalionyesha uwepo wa SiO2. Uchambuzi wa SEM unaonyesha kuwa sampuli ya SATEOS6 inaonyesha chembechembe za duara zilizoainishwa vizuri zilizozungukwa na ganda la SiO2 kwenye uso wa SA. Hata hivyo, MEPCM yenye kiwango cha chini cha SA inaonyesha mkusanyiko, ambayo hupunguza utendaji wa PCM. Uchambuzi wa XPS ulionyesha uwepo wa Si-O-Si na Si-OH kwenye sampuli za vijisehemu vidogo, ambayo ilifunua ufyonzwaji wa SiO2 kwenye uso wa SA. Kulingana na uchambuzi wa utendaji wa joto, SATEOS6 inaonyesha uwezo wa kuhifadhi joto unaoahidi zaidi, ikiwa na halijoto ya kuyeyuka na kuganda ya 70.37°C na 64.27°C, mtawalia, na joto fiche la kuyeyuka na kuganda ya 182.53 J/g na 160.12 J/g. G. mtawalia. Ufanisi wa juu zaidi wa ufungaji wa SATEOS6 ni 86.68%. Uchambuzi wa mzunguko wa joto wa TGA na DSC ulithibitisha kuwa SATEOS6 bado ina uthabiti mzuri wa joto na uaminifu hata baada ya michakato 30 ya kupasha joto na kupoeza.
Yang T., Wang XY na Li D. Uchambuzi wa Utendaji wa Mfumo wa Kunyonya Gesi Imara wa Thermokemikali kwa Uhifadhi wa Nishati ya Joto na Uboreshaji wa Ufanisi Wake. matumizi. mhandisi hot. 150, 512–521 (2019).
Farid, MM, Khudhair, AM, Razak, S. na Al-Hallaj, S. Mapitio ya uhifadhi wa nishati ya mabadiliko ya awamu: vifaa na matumizi. Kibadilishaji cha nishati. Meneja. 45, 1597–1615 (2004).
Regin AF, Solanki SS na Saini JS Utendaji wa uhamishaji wa joto wa mifumo ya kuhifadhi nishati ya joto kwa kutumia vidonge vya PCM: mapitio. sasisho. usaidizi. Energy Rev 12, 2438–2458 (2008).
Liu, M., Saman, W. na Bruno, F. Mapitio ya Vifaa vya Uhifadhi na Teknolojia za Uboreshaji wa Utendaji wa Joto kwa Mifumo ya Uhifadhi wa Joto la Mabadiliko ya Awamu ya Joto la Juu. usaidizi wa sasisho. Energy Rev 16, 2118–2132 (2012).
Fang Guoying, Li Hong, Liu Xiang, Wu SM Maandalizi na uainishaji wa vifaa vya mabadiliko ya awamu ya n-tetradecane ya nishati ya joto iliyofunikwa na nano. Mhandisi wa kemikali. J. 153, 217–221 (2009).
Mu, B. na Li, M. Usanisi wa nyenzo mpya za mchanganyiko wa mabadiliko ya awamu thabiti kwa kutumia aerojeli za graphene zilizorekebishwa kwa ajili ya ubadilishaji na uhifadhi wa nishati ya jua. Sol. Vifaa vya nishati. Sol. Cell 191, 466–475 (2019).
Huang, K., Alva, G., Jia, Y., na Fang, G. Uainishaji wa kimofolojia na matumizi ya nyenzo za mabadiliko ya awamu katika hifadhi ya nishati ya joto: mapitio. sasisho. usaidizi. Mhariri wa Nishati. 72, 128–145 (2017).