გმადლობთ, რომ ეწვიეთ Nature.com-ს. თქვენს მიერ გამოყენებული ბრაუზერის ვერსიას CSS-ის შეზღუდული მხარდაჭერა აქვს. საუკეთესო შედეგის მისაღწევად, გირჩევთ, გამოიყენოთ თქვენი ბრაუზერის უფრო ახალი ვერსია (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში). ამასობაში, მუდმივი მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, საიტს სტილის ან JavaScript-ის გარეშე ვაჩვენებთ.
სტეარინის მჟავა (SA) გამოიყენება როგორც ფაზის შეცვლის მასალა (PCM) ენერგიის შესანახ მოწყობილობებში. ამ კვლევაში, SiO2 გარსის ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების მიკროენკაფსულირებისთვის გამოყენებული იქნა სოლ-გელის მეთოდი. SA-ს სხვადასხვა რაოდენობა (5, 10, 15, 20, 30 და 50 გ) კაფსულირებული იყო 10 მლ ტეტრაეთილის ორთოსილიკატში (TEOS). სინთეზირებული მიკროენკაფსულირებული ფაზის შეცვლის მასალა (MEPCM) დახასიათდა ფურიეს გარდაქმნის ინფრაწითელი სპექტროსკოპიით (FT-IR), რენტგენის დიფრაქციით (XRD), რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპიით (XPS) და სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპიით (SEM). დახასიათების შედეგებმა აჩვენა, რომ SA წარმატებით იქნა ენკაფსულირებული SiO2-ით. თერმოგრავიმეტრიულმა ანალიზმა (TGA) აჩვენა, რომ MEPCM-ს უკეთესი თერმული სტაბილურობა აქვს, ვიდრე CA-ს. დიფერენციალური სკანირების კალორიმეტრიის (DSC) გამოყენებით დადგინდა, რომ MEPCM-ის ენთალპიის მნიშვნელობა არ შეცვლილა 30 გათბობა-გაგრილების ციკლის შემდეგაც კი. ყველა მიკროენკაფსულირებული ნიმუშიდან, MEPCM-ის შემცველი SA-ს 50 გ-ს ჰქონდა დნობისა და გამყარების ყველაზე მაღალი ფარული სითბო, რომელიც შესაბამისად 182.53 ჯ/გ და 160.12 ჯ/გ იყო. შეფუთვის ეფექტურობის მნიშვნელობა გამოითვალა თერმული მონაცემების გამოყენებით და ყველაზე მაღალი ეფექტურობა აღმოჩნდა იმავე ნიმუშისთვის, რომელიც 86.68% იყო.
სამშენებლო ინდუსტრიაში გამოყენებული ენერგიის დაახლოებით 58% შენობების გათბობასა და გაგრილებას ხმარდება1. ამიტომ, ყველაზე აუცილებელი არის ისეთი ეფექტური ენერგეტიკული სისტემების შექმნა, რომლებიც გარემოს დაბინძურებას გაითვალისწინებენ2. ფაზური ცვლის მასალების (PCM) გამოყენებით ფარული სითბოს ტექნოლოგიას შეუძლია მაღალი ენერგიის შენახვა დაბალი ტემპერატურის რყევების დროს3,4,5,6 და ფართოდ გამოიყენება ისეთ სფეროებში, როგორიცაა სითბოს გადაცემა, მზის ენერგიის შენახვა, აერონავტიკა და კონდიცირება7,8,9. PCM დღის განმავლობაში შენობის ექსტერიერიდან თერმულ ენერგიას შთანთქავს და ღამით ენერგიას გამოყოფს10. ამიტომ, ფაზური ცვლის მასალები რეკომენდებულია თერმული ენერგიის შესანახ მასალებად. გარდა ამისა, არსებობს PCM-ების სხვადასხვა ტიპი, როგორიცაა მყარი-მყარი, მყარი-სითხე, თხევადი-აირი და მყარი-აირი11. მათ შორის, ყველაზე პოპულარული და ხშირად გამოყენებული ფაზური ცვლის მასალებია მყარი-მყარი ფაზური ცვლის მასალები და მყარი-სითხე ფაზური ცვლის მასალები. თუმცა, მათი გამოყენება ძალიან რთულია თხევადი-აირის და მყარი-აირის ფაზური გარდამავალი მასალების უზარმაზარი მოცულობითი ცვლილებების გამო.
PCM-ს თავისი თვისებების გამო სხვადასხვა გამოყენება აქვს: 15°C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე დნობისას გამოყენებული მასალები შეიძლება გამოყენებულ იქნას კონდიცირების სისტემებში ცივი ტემპერატურის შესანარჩუნებლად, ხოლო 90°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე დნობისას გამოყენებული მასალები შეიძლება გამოყენებულ იქნას გათბობის სისტემებში ხანძრის თავიდან ასაცილებლად.12 გამოყენებისა და დნობის წერტილის დიაპაზონის მიხედვით, სხვადასხვა ორგანული და არაორგანული ქიმიკატებისგან სინთეზირებულია სხვადასხვა ფაზის შეცვლის მასალა.13,14,15. პარაფინი ყველაზე ხშირად გამოყენებული ფაზის შეცვლის მასალაა მაღალი ლატენტური სითბოს, არაკოროზიულობის, უსაფრთხოებისა და დნობის წერტილის ფართო დიაპაზონით.16,17,18,19,20,21.
თუმცა, ფაზური ცვლის მასალების დაბალი თბოგამტარობის გამო, ისინი უნდა იყოს კაფსულირებული გარსში (გარე ფენა), რათა თავიდან იქნას აცილებული ძირითადი მასალის გაჟონვა ფაზური ცვლის პროცესის დროს22. გარდა ამისა, ოპერაციულმა შეცდომებმა ან გარე წნევამ შეიძლება დააზიანოს გარე ფენა (მოპირკეთება), ხოლო გამდნარ ფაზური ცვლის მასალას შეუძლია რეაგირება მოახდინოს სამშენებლო მასალებთან, გამოიწვიოს ჩაშენებული ფოლადის ზოლების კოროზია, რითაც მცირდება შენობის ექსპლუატაციის ვარგისიანობა23. ამიტომ, მნიშვნელოვანია კაფსულირებული ფაზური ცვლის მასალების სინთეზირება საკმარისი გარსის მასალით, რაც გადაჭრის ზემოთ ჩამოთვლილ პრობლემებს24.
ფაზური ცვლილების მასალების მიკროენკაფსულაციას შეუძლია ეფექტურად გაზარდოს სითბოს გადაცემა და შეამციროს გარემოს რეაქტიულობა, ასევე აკონტროლოს მოცულობის ცვლილებები. PCM-ის ენკაფსულაციისთვის შემუშავებულია სხვადასხვა მეთოდი, კერძოდ, ფაზური ინტერფეისული პოლიმერიზაცია25,26,27,28, ადგილზე პოლიმერიზაცია29,30,31,32, კოაკერვაცია33,34,35 და სოლ-გელის პროცესები36,37,38,39. მიკროენკაფსულაციისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფორმალდეჰიდის ფისი40,41,42,43. გარსის მასალებად გამოიყენება მელამინ-ფორმალდეჰიდის და შარდოვანა-ფორმალდეჰიდის ფისები, რომლებიც ხშირად გამოყოფენ ტოქსიკურ ფორმალდეჰიდს ოპერაციის დროს. ამიტომ, ამ მასალების გამოყენება შეფუთვის პროცესებში აკრძალულია. თუმცა, მასშტაბირებადი თერმული ენერგიის შესანახად ეკოლოგიურად სუფთა ფაზური ცვლილების მასალების სინთეზირება შესაძლებელია ცხიმოვანი მჟავებისა და ლიგნინის ბაზაზე დაფუძნებული ჰიბრიდული ნანოკაფსულების გამოყენებით44.
ჟანგმა და სხვებმა45 და სხვებმა ტეტრაეთილ ორთოსილიკატიდან სინთეზირეს ლაურინის მჟავა და დაასკვნეს, რომ მეთილტრიეთოქსისილანისა და ტეტრაეთილ ორთოსილიკატის მოცულობითი თანაფარდობის ზრდასთან ერთად, ლატენტური სითბო მცირდება და ზედაპირის ჰიდროფობიურობა იზრდება. ლაურინის მჟავა შეიძლება იყოს პოტენციური და ეფექტური ბირთვული მასალა კაპოკის ბოჭკოებისთვის46. გარდა ამისა, ლატიბარიმ და სხვებმა47 სინთეზირეს სტეარინის მჟავაზე დაფუძნებული PCM-ები TiO2-ის გამოყენებით, როგორც გარსის მასალა. ჟუმ და სხვებმა მოამზადეს n-ოქტადეკანი და სილიკონის ნანოკაფსულები, როგორც პოტენციური PCM-ები48. ლიტერატურის მიმოხილვიდან გამომდინარე, ძნელია იმის გაგება, თუ რა არის რეკომენდებული დოზა ეფექტური და სტაბილური მიკროენკაფსულირებული ფაზის ცვლილების მასალების ფორმირებისთვის.
ამრიგად, ავტორების ინფორმაციით, მიკროენკაფსულაციისთვის გამოყენებული ფაზის შეცვლის მასალის რაოდენობა მნიშვნელოვანი პარამეტრია ეფექტური და სტაბილური მიკროენკაფსულირებული ფაზის შეცვლის მასალების წარმოებისთვის. ფაზის შეცვლის მასალების სხვადასხვა რაოდენობის გამოყენება საშუალებას მოგვცემს განვსაზღვროთ მიკროენკაფსულირებული ფაზის შეცვლის მასალების სხვადასხვა თვისებები და სტაბილურობა. სტეარინის მჟავა (ცხიმოვანი მჟავა) არის ეკოლოგიურად სუფთა, სამედიცინო თვალსაზრისით მნიშვნელოვანი და ეკონომიური ნივთიერება, რომლის გამოყენებაც შესაძლებელია თერმული ენერგიის შესანახად, რადგან მას აქვს მაღალი ენთალპიის მნიშვნელობა (~200 ჯ/გ) და უძლებს 72°C-მდე ტემპერატურას. გარდა ამისა, SiO2 არ არის აალებადი, უზრუნველყოფს უფრო მაღალ მექანიკურ სიმტკიცეს, თბოგამტარობას და უკეთეს ქიმიურ წინააღმდეგობას ბირთვის მასალების მიმართ და მოქმედებს როგორც პუზოლანური მასალა მშენებლობაში. როდესაც ცემენტი წყალთან არის შერეული, ცუდად ინკაფსულირებულ PCM-ებს შეუძლიათ დაბზარვა მექანიკური ცვეთისა და მასიურ ბეტონის სტრუქტურებში წარმოქმნილი მაღალი ტემპერატურის (ჰიდრატაციის სითბო) გამო. ამიტომ, SiO2 გარსით მიკროენკაფსულირებული CA-ს გამოყენებას შეუძლია ამ პრობლემის გადაჭრა. ამგვარად, ამ კვლევის მიზანი იყო სამშენებლო პრაქტიკებში სოლ-გელის პროცესით სინთეზირებული PCM-ების მუშაობისა და ეფექტურობის შესწავლა. ამ ნაშრომში ჩვენ სისტემატურად შევისწავლეთ SiO2 გარსებში კაფსულირებული SA-ს სხვადასხვა რაოდენობა (როგორც საბაზისო მასალა) 5, 10, 15, 20, 30 და 50 გ. ტეტრაეთილორთოსილიკატის (TEOS) ფიქსირებული რაოდენობა 10 მლ მოცულობით გამოყენებული იქნა როგორც წინამორბედი ხსნარი SiO2 გარსის ფორმირებისთვის.
რეაქტიული ხარისხის სტეარინის მჟავა (SA, C18H36O2, დნობის ტემპერატურა: 72°C), როგორც ძირითადი მასალა, შეძენილი იქნა Daejung Chemical & Metals Co., Ltd.-სგან, კიონგი-დო, სამხრეთ კორეა. პრეკურსორული ხსნარის სახით ტეტრაეთილორთოსილიკატი (TEOS, C8H20O4Si) შეძენილი იქნა Acros Organics-ისგან, გიელი, ბელგია. გარდა ამისა, აბსოლუტური ეთანოლი (EA, C2H5OH) და ნატრიუმის ლაურილ სულფატი (SLS, C12H25NaO4S) შეძენილი იქნა Daejung Chemical & Metals Co., Ltd-ისგან, კიონგი-დო, სამხრეთ კორეა, შესაბამისად, გამხსნელებად და ზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებებად. გამხსნელად ასევე გამოიყენება გამოხდილი წყალი.
მაგნიტური სარეველის გამოყენებით 800 ბრ/წთ სიჩქარით და 75°C ტემპერატურაზე 1 საათის განმავლობაში (ცხრილი 1), SA-ს სხვადასხვა რაოდენობა შეერია ნატრიუმის ლაურილ სულფატის (SLS) სხვადასხვა პროპორციით 100 მლ გამოხდილ წყალში (ცხრილი 1). SA-ს ემულსიები დაიყო ორ ჯგუფად: (1) SA-ს 5, 10 და 15 გ შეერია 0.10 გ SLS-ს 100 მლ გამოხდილ წყალში (SATEOS1, SATEOS2 და SATEOS3), (2) SA-ს 20, 30 და 50 გ შეერია 0.15, 0.20 და 0.25 გ SLS-ს 100 მლ გამოხდილ წყალში (SATEOS4, SATEOS5 და SATEOS6). 0.10 გ SLS გამოყენებული იქნა 5, 10 და 15 გ SA-სთან ერთად შესაბამისი ემულსიების შესაქმნელად. შემდგომში, შემოთავაზებული იქნა SATEOS4, SATEOS5 და SATEOS6-ისთვის SLS-ების რაოდენობის გაზრდა. ცხრილი 1 გვიჩვენებს სტაბილური ემულსიური ხსნარების მისაღებად გამოყენებული CA-სა და SLS-ის თანაფარდობებს.
100 მლ-იან ჭიქაში მოათავსეთ 10 მლ TEOS, 10 მლ ეთანოლი (EA) და 20 მლ გამოხდილი წყალი. SA-სა და SiO2 გარსების სხვადასხვა თანაფარდობის ინკაფსულაციის ეფექტურობის შესასწავლად, ჩაიწერა ყველა ნიმუშის სინთეზის კოეფიციენტი. ნარევი მოურიეს მაგნიტური სარევლით 400 ბრ/წთ-ზე და 60°C ტემპერატურაზე 1 საათის განმავლობაში. შემდეგ პრეკურსორული ხსნარი წვეთ-წვეთობით დაემატა მომზადებულ SA ემულსიას, ენერგიულად მოურიეს 800 ბრ/წთ-ზე და 75°C ტემპერატურაზე 2 საათის განმავლობაში და გაფილტრეს თეთრი ფხვნილის მისაღებად. თეთრი ფხვნილი გარეცხეს გამოხდილი წყლით ნარჩენი SA-ს მოსაშორებლად და გააშრეს ვაკუუმურ ღუმელში 45°C ტემპერატურაზე 24 საათის განმავლობაში. შედეგად, მიღებულ იქნა მიკროენკაფსულირებული SC SiO2 გარსით. მიკროენკაფსულირებული SA-ს სინთეზისა და მომზადების მთელი პროცესი ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში.
SiO2 გარსის მქონე SA მიკროკაფსულები მომზადდა სოლ-გელის მეთოდით და მათი ინკაფსულაციის მექანიზმი ნაჩვენებია ნახაზ 2-ში. პირველი ნაბიჯი გულისხმობს SA ემულსიის მომზადებას წყალხსნარში SLS-ის გამოყენებით, როგორც ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებით. ამ შემთხვევაში, SA მოლეკულის ჰიდროფობიური ბოლო უკავშირდება SLS-ს, ხოლო ჰიდროფილური ბოლო - წყლის მოლეკულებს, რაც ქმნის სტაბილურ ემულსიას. ამრიგად, SLS-ის ჰიდროფობიური ფრაგმენტები დაცულია და ფარავს SA წვეთის ზედაპირს. მეორეს მხრივ, TEOS ხსნარების ჰიდროლიზი ნელა ხდება წყლის მოლეკულებით, რაც იწვევს ჰიდროლიზებული TEOS-ის წარმოქმნას ეთანოლის თანაობისას (სურ. 2ა)49,50,51. ჰიდროლიზებული TEOS გადის კონდენსაციის რეაქციას, რომლის დროსაც n-ჰიდროლიზებული TEOS წარმოქმნის სილიციუმის კლასტერებს (სურ. 2ბ). სილიციუმის კლასტერები ინკაფსულირებული იქნა SA52-ით SLS-ის თანაობისას (სურ. 2გ), რასაც მიკროენკაფსულაციის პროცესი ეწოდება.
CA-ს SiO2-ის გარსით მიკროენკაფსულაციის სქემატური დიაგრამა (ა) TEOS-ის ჰიდროლიზი (ბ) ჰიდროლიზატის კონდენსაცია და (გ) CA-ს SiO2-ის გარსით ინკაფსულაცია.
ნაყარი SA-ს და მიკროენკაფსულირებული SA-ს ქიმიური ანალიზი ჩატარდა ფურიეს გარდაქმნის ინფრაწითელი სპექტრომეტრის (FT-IR, Perkin Elmer UATR Two, აშშ) გამოყენებით და სპექტრები ჩაიწერა 500-დან 4000 სმ-1-მდე დიაპაზონში.
რენტგენის დიფრაქტომეტრი (XRD, D/MAX-2500, რიგაკუ, იაპონია) გამოყენებული იქნა მასიური SA ფაზებისა და მიკროკაფსულის მასალების ანალიზისთვის. რენტგენის სტრუქტურული სკანირება ჩატარდა 2θ = 5°–95° დიაპაზონში, 4°/წთ სკანირების სიჩქარით, Cu-Kα გამოსხივების (λ = 1.541 Å) გამოყენებით, 25 კვ ძაბვისა და 100 mA მუშაობის პირობებში, უწყვეტი სკანირების რეჟიმში. რენტგენის გამოსახულებები აგებული იქნა 2θ = 5–50° დიაპაზონში, რადგან ყველა ნიმუშში 50°-ის შემდეგ პიკი არ დაფიქსირებულა.
რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია (XPS, Scienta Omicron R3000, აშშ) ჩატარდა Al Kα (1486.6 eV)-ის გამოყენებით, როგორც რენტგენის წყარო, რათა გაგებულიყო ნაყარი SA-ს ქიმიური მდგომარეობა, ასევე ინკაფსულაციის მასალაში არსებული ელემენტები. შეგროვებული XPS სპექტრები დაკალიბრდა C ​​1s პიკზე ეგზოტიკური ნახშირბადის გამოყენებით (ბმის ენერგია 284.6 eV). შირლის მეთოდით ფონის კორექციის შემდეგ, თითოეული ელემენტის მაღალი გარჩევადობის პიკები დეკონვოლუციური იქნა და მორგებული იქნა გაუსის/ლორენცის ფუნქციებზე CASA XPS პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით.
ნაყარი SC-ის და მიკროენკაფსულირებული SC-ის მორფოლოგია შესწავლილი იქნა სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპიის (SEM, MIRA3, TESCAN, ბრნო, ჩეხეთის რესპუბლიკა) გამოყენებით, რომელიც აღჭურვილი იყო 15 კვ-ზე ენერგოდისპერსიული რენტგენის სპექტროსკოპიით (EDS). SEM ვიზუალიზაციამდე, ნიმუშები დაფარული იყო პლატინით (Pt) დამუხტვის ეფექტების თავიდან ასაცილებლად.
თერმული თვისებები (დნობის/გამყარების წერტილი და ფარული სითბო) და საიმედოობა (თერმული ციკლი) განისაზღვრა დიფერენციალური სკანირების კალორიმეტრიით (DSC, TA Instrument, Discovery DSC, ნიუკასლი, აშშ) 10°C/წთ გათბობა/გაგრილების სიჩქარით 40°C-ზე და 90°C-ზე უწყვეტი აზოტის გაწმენდით. წონის დაკლების ანალიზი ჩატარდა TGA ანალიზატორის (TA Instrument, Discovery TGA, ნიუკასლი, აშშ) გამოყენებით აზოტის უწყვეტ ნაკადში, დაწყებული 40–600°C ტემპერატურით, 10°C/წთ გათბობით.
სურათი 3 გვიჩვენებს ნაყარი SC-ის, ასევე მიკროენკაფსულირებული SC-ის FTIR სპექტრებს (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 და SATEOS6). ყველა ნიმუშში (SA, ასევე მიკროენკაფსულირებული SA) 2910 სმ-1 და 2850 სმ-1 შთანთქმის პიკები შესაბამისად -CH3 და -CH2 ჯგუფების სიმეტრიულ გაჭიმვის ვიბრაციებს მიეწერება10,50. 1705 სმ-1 პიკი შეესაბამება C=O ბმის ვიბრაციულ გაჭიმვას. 1470 სმ-1 და 1295 სმ-1 პიკები შესაბამისად -OH ფუნქციური ჯგუფის სიბრტყეში მოხრის ვიბრაციას მიეწერება, ხოლო 940 სმ-1 და 719 სმ-1 პიკები შესაბამისად -OH ჯგუფს შეესაბამება სიბრტყეში არსებულ ვიბრაციას და -სიბრტყეში დეფორმაციის ვიბრაციას. ყველა მიკროკაფსულირებულ SA-ში ასევე დაფიქსირდა SA-ს შთანთქმის პიკები 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 და 719 სმ-1-ზე. გარდა ამისა, SA მიკროკაფსულაში დაფიქსირდა ახლად აღმოჩენილი პიკი 1103 სმ-1-ზე, რომელიც შეესაბამება Si-O-Si ზოლის ანტისიმეტრიულ გაჭიმვის ვიბრაციას. FT-IR შედეგები შეესაბამება იუანის და სხვების 50 შედეგებს. მათ წარმატებით მოამზადეს მიკროკაფსულირებული SA ამიაკის/ეთანოლის თანაფარდობით და აღმოაჩინეს, რომ SA-სა და SiO2-ს შორის ქიმიური ურთიერთქმედება არ მომხდარა. მიმდინარე FT-IR კვლევის შედეგები აჩვენებს, რომ SiO2 გარსმა წარმატებით მოახდინა SA-ს კაფსულა (ბირთვი) ჰიდროლიზებული TEOS-ის კონდენსაციის პროცესისა და პოლიმერიზაციის გზით. SA-ს დაბალი შემცველობისას, Si-O-Si ზოლის პიკური ინტენსივობა უფრო მაღალია (სურ. 3ბ-დ). როდესაც SA-ს რაოდენობა 15 გ-ზე მეტს იზრდება, პიკის ინტენსივობა და Si-O-Si ზოლის გაფართოება თანდათან მცირდება, რაც მიუთითებს SA-ს ზედაპირზე SiO2-ის თხელი ფენის წარმოქმნაზე.
(ა) SA-ს, (ბ) SATEOS1-ის, (გ) SATEOS2-ის, (დ) SATEOS3-ის, (ე) SATEOS4-ის, (ვ) SATEOS5-ის და (ზ) SATEOS6-ის FTIR სპექტრები.
ნაყარი SA-სა და მიკროენკაფსულირებული SA-ს XRD ნიმუშები ნაჩვენებია ნახაზ 4-ში. XRD პიკები განლაგებულია 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° \((\overline {5}JCPDS No. 0381923, 02-ის მიხედვით)\), 21.42° ყველა ნიმუშში (311), 24.04° (602) და 39.98° (913) SA-ს ენიჭება. ნაყარი CA-სთან დისტორსია და ჰიბრიდულობა გამოწვეულია გაურკვეველი ფაქტორებით, როგორიცაა ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება (SLS), სხვა ნარჩენი ნივთიერებები და SiO250-ის მიკროენკაფსულაცია. ენკაფსულაციის შემდეგ, მთავარი პიკების (300), (500), (311) და (602) ინტენსივობა თანდათან მცირდება ნაყარ CA-სთან შედარებით, რაც მიუთითებს ნიმუშის კრისტალურობის შემცირებაზე.
(ა) SA-ს, (ბ) SATEOS1-ის, (გ) SATEOS2-ის, (დ) SATEOS3-ის, (ე) SATEOS4-ის, (ვ) SATEOS5-ის და (ზ) SATEOS6-ის რენტგენის დიფრაქციის ნიმუშები.
SATEOS1-ის ინტენსივობა მკვეთრად მცირდება სხვა ნიმუშებთან შედარებით. მიკროენკაფსულირებული ნიმუშებიდან არცერთში სხვა პიკი არ დაფიქსირებულა (სურ. 4b–g), რაც ადასტურებს, რომ SiO252-ის ფიზიკური ადსორბცია ხდება SA ზედაპირზე და არა ქიმიური ურთიერთქმედება. გარდა ამისა, ასევე დაასკვნეს, რომ SA-ს მიკროენკაფსულაციამ არ გამოიწვია რაიმე ახალი სტრუქტურის გაჩენა. SiO2 რჩება ხელუხლებელი SA ზედაპირზე ყოველგვარი ქიმიური რეაქციის გარეშე და SA-ს რაოდენობის შემცირებასთან ერთად, არსებული პიკები უფრო აშკარა ხდება (SATEOS1). ეს შედეგი მიუთითებს, რომ SiO2 ძირითადად SA ზედაპირს აკაფსულებს. (700)-ზე პიკი მთლიანად ქრება, ხოლო \((\overline{5}02)\)-ზე პიკი SATEOS 1-ში კენჭად იქცევა (სურ. 4b), რაც დაკავშირებულია კრისტალურობის შემცირებასთან და ამორფიზმის ზრდასთან. SiO2 ბუნებით ამორფულია, ამიტომ 2θ = 19°-დან 25°-მდე დაკვირვებულ პიკებს აქვთ კუზი და გაფართოება53 (სურ. 4b–g), რაც ადასტურებს ამორფული SiO252-ის არსებობას. მიკროენკაფსულირებული SA-ს დიფრაქციული პიკის დაბალი ინტენსივობა განპირობებულია სილიციუმის შიდა კედლის ბირთვის წარმოქმნის ეფექტით და შემზღუდავი კრისტალიზაციის ქცევით49. ითვლება, რომ SA-ს დაბალი შემცველობისას, TEOS-ის დიდი რაოდენობით არსებობის გამო წარმოიქმნება უფრო სქელი სილიციუმის გარსი, რომელიც ძირითადად ადსორბირდება SA-ს გარე ზედაპირზე. თუმცა, SA-ს რაოდენობის ზრდასთან ერთად, ემულსიურ ხსნარში SA-ს წვეთების ზედაპირის ფართობი იზრდება და სათანადო ინკაფსულაციისთვის საჭიროა მეტი TEOS. ამიტომ, SA-ს უფრო მაღალი შემცველობისას, FT-IR-ში SiO2 პიკი თრგუნავს (სურ. 3), ხოლო რენტგენის დიაფრაგმაში 2θ = 19–25°-თან ახლოს დიფრაქციული პიკის ინტენსივობა (სურ. 4) მცირდება და გაფართოებაც მცირდება. არ ჩანს. თუმცა, როგორც ჩანს ნახაზ 4-დან, როგორც კი SA-ს რაოდენობა იზრდება 5 გ-დან (SATEOS1) 50 გ-მდე (SATEOS6), პიკები ძალიან ახლოს ხდება მასიურ SA-სთან და (700)-ზე პიკი ჩნდება ყველა იდენტიფიცირებული პიკის ინტენსივობით. ეს შედეგი კორელაციაშია FT-IR შედეგებთან, სადაც SiO2 SATEOS6 პიკის ინტენსივობა მცირდება 1103 სმ-1-ზე (ნახ. 3გ).
SA, SATEOS1 და SATEOS6-ში არსებული ელემენტების ქიმიური მდგომარეობები ნაჩვენებია ნახაზებში 1 და 2. ნახაზები 5, 6, 7 და 8 და ცხრილი 2. ნაყარი SA, SATEOS1 და SATEOS6-ის გაზომვის სკანირება ნაჩვენებია ნახაზ 5-ზე, ხოლო C 1s, O 1s და Si 2p-ის მაღალი გარჩევადობის სკანირება ნაჩვენებია ნახაზებში 5, 6, 7 და 8 და ცხრილში 2, შესაბამისად, 6, 7 და 8. XPS-ით მიღებული შეკავშირების ენერგიის მნიშვნელობები შეჯამებულია ცხრილში 2. როგორც ნახაზიდან 5 ჩანს, SATEOS1-სა და SATEOS6-ში აშკარა Si 2s და Si 2p პიკები დაფიქსირდა, სადაც SiO2 გარსის მიკროენკაფსულაცია მოხდა. წინა მკვლევრებმა მსგავსი Si 2s პიკი დააფიქსირეს 155.1 eV54-ზე. Si პიკების არსებობა SATEOS1-ში (სურ. 5ბ) და SATEOS6-ში (სურ. 5გ) ადასტურებს FT-IR (სურ. 3) და XRD (სურ. 4) მონაცემებს.
როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 6ა-ზე, ნაყარი SA-ს C1s-ს აქვს CC-ის სამი განსხვავებული პიკი, კალიფატური და O=C=O შეკავშირების ენერგიაზე, რომლებიც შესაბამისად 284.5 eV, 285.2 eV და 289.5 eV-ია. C–C, კალიფატური და O=C=O პიკები ასევე დაფიქსირდა SATEOS1-ში (ნახ. 6b) და SATEOS6-ში (ნახ. 6c) და შეჯამებულია ცხრილში 2. გარდა ამისა, C1s პიკი ასევე შეესაბამება დამატებით Si-C პიკს 283.1 eV-ზე (SATEOS1) და 283.5 eV-ზე (SATEOS6). C–C, კალიფატური, O=C=O და Si–C-სთვის ჩვენს მიერ დაკვირვებული შეკავშირების ენერგიები კარგად კორელირებს სხვა წყაროებთან55,56.
O 1 SA-ს, SATEOS1-ის და SATEOS6-ის XPS სპექტრები ნაჩვენებია შესაბამისად ნახაზებში 7a–c. მასიური SA-ს O 1s პიკი დეკონვოლუციას განიცდის და აქვს ორი პიკი, კერძოდ C=O/C–O (531.9 eV) და C–O–H (533.0 eV), მაშინ როცა SATEOS1-ისა და SATEOS6-ის O 1 თანმიმდევრულია. არსებობს მხოლოდ სამი პიკი: C=O/C–O, C–O–H და Si–OH55,57,58. SATEOS1-სა და SATEOS6-ში O 1s შეკავშირების ენერგია უმნიშვნელოდ იცვლება მასობრივ SA-სთან შედარებით, რაც დაკავშირებულია ქიმიური ფრაგმენტის ცვლილებასთან გარსის მასალაში SiO2-ისა და Si-OH-ის არსებობის გამო.
SATEOS1-ისა და SATEOS6-ის Si 2p XPS სპექტრები ნაჩვენებია შესაბამისად ნახაზ 8a-სა და b-ზე. ნაყარ CA-ში Si 2p არ დაფიქსირებულა SiO2-ის არარსებობის გამო. Si 2p პიკი შეესაბამება 105.4 eV-ს SATEOS1-ისთვის და 105.0 eV-ს SATEOS6-ისთვის, რაც შეესაბამება Si-O-Si-ს, მაშინ როდესაც SATEOS1 პიკი არის 103.5 eV, ხოლო SATEOS6 პიკი არის 103.3 eV, რაც შეესაბამება Si-OH55-ს. Si-O-Si და Si-OH პიკების მორგებამ SATEOS1-სა და SATEOS6-ში გამოავლინა SiO2-ის წარმატებული მიკროენკაფსულაცია SA ბირთვის ზედაპირზე.
მიკროენკაფსულირებული მასალის მორფოლოგია ძალიან მნიშვნელოვანია, რაც გავლენას ახდენს ხსნადობაზე, სტაბილურობაზე, ქიმიურ რეაქტიულობაზე, დინებადობასა და სიმტკიცეზე59. ამიტომ, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 9-ზე, SEM გამოყენებული იქნა ნაყარი SA-ს (100×) და მიკროენკაფსულირებული SA-ს (500×) მორფოლოგიის დასახასიათებლად. როგორც ჩანს ნახაზ 9ა-დან, SA ბლოკს აქვს ელიფსური ფორმა. ნაწილაკების ზომა აღემატება 500 მიკრონს. თუმცა, მიკროენკაფსულაციის პროცესის გაგრძელების შემდეგ, მორფოლოგია მკვეთრად იცვლება, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 9b–g-ზე.
(ა) SA (×100), (ბ) SATEOS1, (გ) SATEOS2, (დ) SATEOS3, (ე) SATEOS4, (ვ) SATEOS5 და (ზ) SATEOS6-ის SEM გამოსახულებები ×500-ზე.
SATEOS1 ნიმუშში შეინიშნება უფრო მცირე კვაზი-სფერული SiO2-ით შეფუთული SA ნაწილაკები უხეში ზედაპირით (სურ. 9ბ), რაც შესაძლოა გამოწვეული იყოს TEOS-ის ჰიდროლიზითა და კონდენსაციის პოლიმერიზაციით SA ზედაპირზე, რაც აჩქარებს ეთანოლის მოლეკულების სწრაფ დიფუზიას. შედეგად, SiO2 ნაწილაკები ილექება და შეინიშნება აგლომერაცია52,60. ეს SiO2 გარსი უზრუნველყოფს მიკროენკაფსულირებული CA ნაწილაკების მექანიკურ სიმტკიცეს და ასევე ხელს უშლის გამდნარი CA-ს გაჟონვას მაღალ ტემპერატურაზე10. ეს შედეგი მიუთითებს, რომ SiO2-ის შემცველი SA მიკროკაფსულები შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც პოტენციური ენერგიის შესანახი მასალები61. როგორც ჩანს სურათი 9ბ-დან, SATEOS1 ნიმუშს აქვს ნაწილაკების ერთგვაროვანი განაწილება სქელი SiO2 ფენით, რომელიც აკრავს SA-ს. მიკროენკაფსულირებული SA-ს (SATEOS1) ნაწილაკების ზომა დაახლოებით 10–20 μm-ია (სურ. 9ბ), რაც მნიშვნელოვნად მცირეა მოცულობით SA-სთან შედარებით SA-ს დაბალი შემცველობის გამო. მიკროკაფსულის ფენის სისქე განპირობებულია პრეკურსორული ხსნარის ჰიდროლიზითა და კონდენსაციის პოლიმერიზაციით. აგლომერაცია ხდება SA-ს უფრო დაბალი დოზების დროს, ანუ 15 გ-მდე (სურ. 9ბ-დ), მაგრამ დოზის გაზრდისთანავე აგლომერაცია არ შეინიშნება, მაგრამ შეინიშნება მკაფიოდ გამოხატული სფერული ნაწილაკები (სურ. 9ე-ზ) 62.
გარდა ამისა, როდესაც SLS ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების რაოდენობა მუდმივია, SA-ს შემცველობა (SATEOS1, SATEOS2 და SATEOS3) ასევე მოქმედებს ეფექტურობაზე, ფორმასა და ნაწილაკების ზომის განაწილებაზე. ამრიგად, აღმოჩნდა, რომ SATEOS1-ს ახასიათებს უფრო მცირე ნაწილაკების ზომა, ერთგვაროვანი განაწილება და მკვრივი ზედაპირი (სურ. 9ბ), რაც მიეწერება SA-ს ჰიდროფილურ ბუნებას, რომელიც ხელს უწყობს მეორად ბირთვების წარმოქმნას მუდმივი ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების63 პირობებში. ითვლება, რომ SA-ს შემცველობის 5-დან 15 გ-მდე გაზრდით (SATEOS1, SATEOS2 და SATEOS3) და ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების მუდმივი რაოდენობის, ანუ 0.10 გ SLS-ის გამოყენებით (ცხრილი 1), ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების მოლეკულის თითოეული ნაწილაკის წვლილი შემცირდება, რითაც შემცირდება ნაწილაკების ზომა და ნაწილაკების ზომა. SATEOS2-ის (სურ. 9გ) და SATEOS3-ის (სურ. 9დ) განაწილება განსხვავდება SATEOS 1-ის (სურ. 9ბ) განაწილებისგან.
SATEOS1-თან (სურ. 9ბ) შედარებით, SATEOS2-მა აჩვენა მიკროენკაფსულირებული SA-ს მკვრივი მორფოლოგია და ნაწილაკების ზომა გაიზარდა (სურ. 9გ). ეს განპირობებულია აგლომერაციით 49, რაც ამცირებს კოაგულაციის სიჩქარეს (სურ. 2ბ). SC-ს რაოდენობის ზრდასთან ერთად SLS-ის ზრდასთან ერთად, მიკროკაფსულები აშკარად ხილული ხდება, როგორც ეს სურათზეა ნაჩვენები, თუ როგორ ხდება აგრეგაცია. გარდა ამისა, სურათებზე 9ე–გ ნაჩვენებია, რომ ყველა ნაწილაკი აშკარად სფერულია ფორმისა და ზომის. აღიარებულია, რომ SA-ს დიდი რაოდენობით თანაარსებობისას შესაძლებელია სილიციუმის ოლიგომერების შესაბამისი რაოდენობის მიღება, რაც იწვევს შესაბამის კონდენსაციას და ინკაფსულაციას და შესაბამისად, კარგად განსაზღვრული მიკროკაფსულების წარმოქმნას 49. SEM შედეგებიდან ნათლად ჩანს, რომ SATEOS6-მა წარმოქმნა შესაბამისი მიკროკაფსულები SA-ს მცირე რაოდენობასთან შედარებით.
ნაყარი SA-სა და მიკროკაფსულის SA-ს ენერგოდისპერსიული რენტგენის სპექტროსკოპიის (EDS) შედეგები წარმოდგენილია ცხრილში 3. როგორც ამ ცხრილიდან ჩანს, Si-ის შემცველობა თანდათან მცირდება SATEOS1-დან (12.34%) SATEOS6-მდე (2.68%). SA-ს ზრდა. ამიტომ, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ SA-ს რაოდენობის ზრდა იწვევს SiO2-ის SA-ს ზედაპირზე დალექვის შემცირებას. EDS51-ის ნახევრად რაოდენობრივი ანალიზის გამო ცხრილში 3 არ არის C და O შემცველობების თანმიმდევრული მნიშვნელობები. მიკროენკაფსულირებული SA-ს Si-ის შემცველობა კორელაციაში იყო FT-IR, XRD და XPS შედეგებთან.
ნაყარი SA-ს, ასევე SiO2 გარსით მიკროენკაფსულირებული SA-ს დნობისა და გამყარების ქცევა ნაჩვენებია ნახაზებზე 1 და 2. ისინი ნაჩვენებია შესაბამისად ნახაზებზე 10 და 11, ხოლო თერმული მონაცემები ნაჩვენებია ცხრილში 4. მიკროენკაფსულირებული SA-ს დნობისა და გამყარების ტემპერატურები განსხვავებული აღმოჩნდა. SA-ს რაოდენობის ზრდასთან ერთად, დნობისა და გამყარების ტემპერატურები იზრდება და უახლოვდება ნაყარი SA-ს მნიშვნელობებს. SA-ს მიკროენკაფსულაციის შემდეგ, სილიციუმის კედელი ზრდის კრისტალიზაციის ტემპერატურას და მისი კედელი მოქმედებს როგორც ბირთვი ჰეტეროგენულობის ხელშესაწყობად. ამიტომ, SA-ს რაოდენობის ზრდასთან ერთად, დნობის (ნახ. 10) და გამყარების (ნახ. 11) ტემპერატურებიც თანდათან იზრდება49,51,64. მიკროენკაფსულირებული SA-ს ყველა ნიმუშს შორის, SATEOS6-მა აჩვენა ყველაზე მაღალი დნობისა და გამყარების ტემპერატურები, შემდეგ მოდიან SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2 და SATEOS1.
SATEOS1 აჩვენებს ყველაზე დაბალ დნობის წერტილს (68.97 °C) და გამყარების ტემპერატურას (60.60 °C), რაც განპირობებულია ნაწილაკების უფრო მცირე ზომით, რომლის დროსაც SA ნაწილაკების მოძრაობა მიკროკაფსულებში ძალიან მცირეა და SiO2 გარსი ქმნის სქელ ფენას და შესაბამისად, ბირთვის მასალა ზღუდავს გაჭიმვას და მოძრაობას49. ეს ჰიპოთეზა დაკავშირებულია SEM შედეგებთან, სადაც SATEOS1-მა აჩვენა ნაწილაკების უფრო მცირე ზომა (სურ. 9b), რაც განპირობებულია იმით, რომ SA მოლეკულები შემოიფარგლება მიკროკაფსულების ძალიან მცირე არეალში. ძირითადი მასის, ისევე როგორც SiO2 გარსის მქონე ყველა SA მიკროკაფსულის დნობისა და გამყარების ტემპერატურების სხვაობა 6.10–8.37 °C დიაპაზონშია. ეს შედეგი მიუთითებს, რომ მიკროენკაფსულირებული SA შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც პოტენციური ენერგიის შესანახი მასალა SiO2 გარსის კარგი თბოგამტარობის გამო 65.
როგორც ცხრილი 4-დან ჩანს, SATEOS6-ს აქვს ყველაზე მაღალი ენთალპია ყველა მიკროენკაფსულირებულ შკალას შორის (სურ. 9g) SEM-ით დაფიქსირებული სათანადო ინკაფსულაციის გამო. SA შეფუთვის სიჩქარის გამოთვლა შესაძლებელია განტოლების (1) გამოყენებით. (1) მიკროენკაფსულირებული SA49-ის ფარული სითბოს მონაცემების შედარებით.
R მნიშვნელობა წარმოადგენს მიკროენკაფსულირებული SC-ის ინკაფსულაციის ხარისხს (%), ΔHMEPCM,m წარმოადგენს მიკროენკაფსულირებული SC-ის შერწყმის ფარულ სითბოს, ხოლო ΔHPCM,m წარმოადგენს SC-ის შერწყმის ფარულ სითბოს. გარდა ამისა, შეფუთვის ეფექტურობა (%) გამოითვლება კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ტექნიკური პარამეტრის სახით, როგორც ეს ნაჩვენებია განტოლებაში (1). (2)49.
E მნიშვნელობა წარმოადგენს მიკროენკაფსულირებული CA-ს ინკაფსულაციის ეფექტურობას (%), ΔHMEPCM,s წარმოადგენს მიკროენკაფსულირებული CA-ს გამყარების ლატენტურ სითბოს და ΔHPCM,s წარმოადგენს CA-ს გამყარების ლატენტურ სითბოს.
როგორც ცხრილი 4-დან ჩანს, SATEOS1-ის შეფუთვის ხარისხი და ეფექტურობა შესაბამისად 71.89% და 67.68%-ია, ხოლო SATEOS6-ის შეფუთვის ხარისხი და ეფექტურობა შესაბამისად 90.86% და 86.68%-ია (ცხრილი 4). SATEOS6-ის ნიმუში ყველა მიკროკაფსულირებულ SA-ს შორის ყველაზე მაღალ ინკაფსულაციის კოეფიციენტს და ეფექტურობას ავლენს, რაც მის მაღალ თბოტევადობაზე მიუთითებს. ამიტომ, მყარიდან თხევად მდგომარეობაში გადასვლას დიდი რაოდენობით ენერგია სჭირდება. გარდა ამისა, ყველა SA მიკროკაფსულისა და მოცულობითი SA-ს დნობისა და გამყარების ტემპერატურებში სხვაობა გაგრილების პროცესში მიუთითებს, რომ სილიციუმის გარსი სივრცით შეზღუდულია მიკროკაფსულის სინთეზის დროს. ამრიგად, შედეგები აჩვენებს, რომ SC-ის რაოდენობის ზრდასთან ერთად, ინკაფსულაციის სიჩქარე და ეფექტურობა თანდათან იზრდება (ცხრილი 4).
ნაყარი SA-ს და SiO2 გარსის მქონე მიკროკაფსულის SA-ს (SATEOS1, SATEOS3 და SATEOS6) TGA მრუდები ნაჩვენებია ნახაზ 12-ში. ნაყარი SA-ს (SATEOS1, SATEOS3 და SATEOS6) თერმული სტაბილურობის თვისებები შედარებული იქნა მიკროკაფსულირებულ ნიმუშებთან. TGA მრუდიდან ნათლად ჩანს, რომ ნაყარი SA-ს, ისევე როგორც მიკროკაფსულირებული SA-ს წონის დაკლება 40°C-დან 190°C-მდე გლუვ და ძალიან უმნიშვნელოდ მცირდება. ამ ტემპერატურაზე ნაყარი SC არ განიცდის თერმულ დაშლას, მაშინ როდესაც მიკროკაფსულირებული SC გამოყოფს ადსორბირებულ წყალს 45°C-ზე 24 საათის განმავლობაში გაშრობის შემდეგაც კი. ამან გამოიწვია წონის უმნიშვნელო დაკლება,49 მაგრამ ამ ტემპერატურის ზემოთ მასალამ დაიწყო დაშლა. SA-ს დაბალი შემცველობისას (ანუ SATEOS1), ადსორბირებული წყლის შემცველობა უფრო მაღალია და შესაბამისად, მასის დანაკარგი 190°C-მდე უფრო მაღალია (ჩანართი ნახ. 12-ში). როგორც კი ტემპერატურა 190°C-ზე აჭარბებს, ნიმუში იწყებს მასის დაკარგვას დაშლის პროცესების გამო. ნაყარი SA იწყებს დაშლას 190°C-ზე და მხოლოდ 4% რჩება 260°C-ზე, მაშინ როდესაც SATEOS1, SATEOS3 და SATEOS6 ინარჩუნებს შესაბამისად 50%, 20% და 12%-ს ამ ტემპერატურაზე. 300°C-ის შემდეგ, ნაყარი SA-ს მასის დაკარგვა დაახლოებით 97.60% იყო, ხოლო SATEOS1, SATEOS3 და SATEOS6-ის მასის დაკარგვა დაახლოებით 54.20%, 82.40% და 90.30% იყო შესაბამისად. SA-ს შემცველობის ზრდასთან ერთად, SiO2-ის შემცველობა მცირდება (ცხრილი 3) და SEM-ში შეინიშნება გარსის გათხელება (სურ. 9). ამგვარად, მიკროენკაფსულირებული SA-ს წონის დაკლება უფრო დაბალია მასობრივ SA-სთან შედარებით, რაც აიხსნება SiO2 გარსის ხელსაყრელი თვისებებით, რომელიც ხელს უწყობს SA-ს ზედაპირზე ნახშირბადოვანი სილიკატურ-ნახშირბადოვანი ფენის წარმოქმნას, რითაც იზოლირებს SA-ს ბირთვს და ანელებს შედეგად მიღებული აქროლადი პროდუქტების გამოყოფას10. ეს ნახშირბადის ფენა ქმნის ფიზიკურ დამცავ ბარიერს თერმული დაშლის დროს, რაც ზღუდავს აალებადი მოლეკულების აირისებრ ფაზაში გადასვლას66,67. ამას გარდა, ასევე შეგვიძლია დავინახოთ წონის დაკლების მნიშვნელოვანი შედეგები: SATEOS1 აჩვენებს უფრო დაბალ მნიშვნელობებს SATEOS3-თან, SATEOS6-თან და SA-სთან შედარებით. ეს იმიტომ ხდება, რომ SA-ს რაოდენობა SATEOS1-ში ნაკლებია, ვიდრე SATEOS3-სა და SATEOS6-ში, სადაც SiO2 გარსი ქმნის სქელ ფენას. ამის საპირისპიროდ, მასობრივი SA-ს საერთო წონის დაკლება 415°C-ზე 99.50%-ს აღწევს. თუმცა, SATEOS1-მა, SATEOS3-მა და SATEOS6-მა 415°C ტემპერატურაზე წონის დაკლება შესაბამისად 62.50%, 85.50% და 93.76% აჩვენეს. ეს შედეგი მიუთითებს, რომ TEOS-ის დამატება აუმჯობესებს SA-ს დეგრადაციას SA-ს ზედაპირზე SiO2 ფენის ფორმირებით. ამ ფენებს შეუძლიათ ფიზიკური დამცავი ბარიერის შექმნა და, შესაბამისად, შეიძლება შეინიშნოს მიკროენკაფსულირებული CA-ს თერმული სტაბილურობის გაუმჯობესება.
ნაყარი SA-ს და საუკეთესო მიკროენკაფსულირებული ნიმუშის (ანუ SATEOS 6) თერმული სანდოობის შედეგები DSC51,52-ის 30 გათბობისა და გაგრილების ციკლის შემდეგ ნაჩვენებია ნახაზ 13-ში. ჩანს, რომ ნაყარი SA (სურათი 13ა) არ ავლენს რაიმე განსხვავებას დნობის ტემპერატურაში, გამყარებასა და ენთალპიის მნიშვნელობაში, ხოლო SATEOS6 (სურათი 13ბ) არ ავლენს რაიმე განსხვავებას ტემპერატურასა და ენთალპიის მნიშვნელობაში 30-ე გათბობის ციკლისა და გაგრილების პროცესის შემდეგაც კი. ნაყარი SA-ს დნობის წერტილი იყო 72.10 °C, გამყარების ტემპერატურა - 64.69 °C, ხოლო პირველი ციკლის შემდეგ შედუღებისა და გამყარების სითბო იყო შესაბამისად 201.0 J/g და 194.10 J/g. 30-ე ციკლის შემდეგ, ამ მნიშვნელობების დნობის წერტილი შემცირდა 71.24 °C-მდე, გამყარების ტემპერატურა - 63.53 °C-მდე, ხოლო ენთალპიის მნიშვნელობა შემცირდა 10%-ით. დნობისა და გამყარების ტემპერატურის ცვლილებები, ასევე ენთალპიის მნიშვნელობების შემცირება მიუთითებს, რომ ნაყარი CA არასანდოა არამიკროენკაფსულაციის აპლიკაციებისთვის. თუმცა, სათანადო მიკროენკაფსულაციის შემდეგ (SATEOS6), დნობისა და გამყარების ტემპერატურა და ენთალპიის მნიშვნელობები არ იცვლება (სურ. 13ბ). SiO2 გარსებით მიკროენკაფსულირების შემდეგ, SA შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ფაზის შეცვლის მასალა თერმულ აპლიკაციებში, განსაკუთრებით მშენებლობაში, მისი ოპტიმალური დნობისა და გამყარების ტემპერატურების და სტაბილური ენთალპიის გამო.
DSC მრუდები მიღებულია SA (a) და SATEOS6 (b) ნიმუშებისთვის გათბობისა და გაგრილების 1-ლი და 30-ე ციკლებზე.
ამ კვლევაში ჩატარდა მიკროენკაფსულაციის სისტემატური კვლევა, რომლის დროსაც გამოყენებული იქნა SA, როგორც ბირთვის მასალა, ხოლო SiO2, როგორც გარსის მასალა. TEOS გამოიყენება როგორც წინამორბედი SiO2-ის საყრდენი ფენის და დამცავი ფენის ფორმირებისთვის SA ზედაპირზე. მიკროენკაფსულირებული SA-ს წარმატებული სინთეზის შემდეგ, FT-IR, XRD, XPS, SEM და EDS შედეგებმა აჩვენა SiO2-ის არსებობა. SEM ანალიზი აჩვენებს, რომ SATEOS6 ნიმუშს ავლენს კარგად გამოკვეთილ სფერულ ნაწილაკებს, რომლებიც გარშემორტყმულია SiO2 გარსებით SA ზედაპირზე. თუმცა, SA-ს დაბალი შემცველობის მქონე MEPCM ავლენს აგლომერაციას, რაც ამცირებს PCM-ის მუშაობას. XPS ანალიზმა აჩვენა Si-O-Si და Si-OH-ის არსებობა მიკროკაფსულის ნიმუშებში, რამაც გამოავლინა SiO2-ის ადსორბცია SA ზედაპირზე. თერმული მახასიათებლების ანალიზის მიხედვით, SATEOS6 ავლენს სითბოს შენახვის ყველაზე პერსპექტიულ უნარს, დნობისა და გამყარების ტემპერატურებით, შესაბამისად, 70.37°C და 64.27°C, ხოლო დნობისა და გამყარების ლატენტური სითბოთი, შესაბამისად, 182.53 J/g და 160.12 J/g.G. SATEOS6-ის შეფუთვის მაქსიმალური ეფექტურობა 86.68%-ია. TGA და DSC თერმული ციკლის ანალიზმა დაადასტურა, რომ SATEOS6-ს კვლავ აქვს კარგი თერმული სტაბილურობა და საიმედოობა 30 გათბობისა და გაგრილების პროცესის შემდეგაც კი.
იანგ თ., ვანგ XY და ლი დ. თერმული ენერგიის შესანახად თერმოქიმიური მყარი-აირის კომპოზიტური ადსორბციული სისტემის მუშაობის ანალიზი და მისი ეფექტურობის გაუმჯობესება. გამოყენება. ცხელი. ინჟინერი. 150, 512–521 (2019).
ფარიდი, მ.მ., ხუდაირი, ა.მ., რაზაკი, ს. და ალ-ჰალაჯი, ს. ფაზური ცვლილების ენერგიის შენახვის მიმოხილვა: მასალები და გამოყენება. ენერგიის გადამყვანი. მენეჯერი. 45, 1597–1615 (2004).
რეგინ ა.ფ., სოლანკი ს.ს. და საინი ჯ.ს. თერმული ენერგიის შენახვის სისტემების სითბოს გადაცემის მახასიათებლები PCM კაფსულების გამოყენებით: მიმოხილვა. განახლება. მხარდაჭერა. ენერგიის მიმოხილვა 12, 2438–2458 (2008).
ლიუ, მ., სამანი, ვ. და ბრუნო, ფ. მაღალი ტემპერატურის ფაზური ცვლილების თერმული შენახვის სისტემებისთვის შესანახი მასალებისა და თერმული მახასიათებლების გაუმჯობესების ტექნოლოგიების მიმოხილვა. განახლება. მხარდაჭერა. ენერგიის მიმოხილვა 16, 2118–2132 (2012).
ფანგ გუოინგი, ლი ჰონგი, ლიუ სიანგი, ვუ ს.მ. ნანოენკაფსულირებული თერმული ენერგიის n-ტეტრადეკანის ფაზის შეცვლის მასალების მომზადება და დახასიათება. ქიმიური ინჟინერია. ჟ. 153, 217–221 (2009).
მუ, ბ. და ლი, მ. ახალი ფორმის სტაბილური ფაზის ცვლილების კომპოზიტური მასალების სინთეზი მოდიფიცირებული გრაფენის აეროგელების გამოყენებით მზის ენერგიის გარდაქმნისა და შენახვისთვის. Sol. ენერგეტიკული მასალები. Sol. Cell 191, 466–475 (2019).
ჰუანგი, კ., ალვა, გ., ჯია, ი. და ფანგი, გ. ფაზური ცვლილების მასალების მორფოლოგიური დახასიათება და გამოყენება თერმული ენერგიის შენახვაში: მიმოხილვა. განახლება. მხარდაჭერა. ენერგიის გამოცემა. 72, 128–145 (2017).