Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com. Tá tacaíocht theoranta do CSS sa leagan brabhsálaí atá in úsáid agat. Chun na torthaí is fearr a fháil, molaimid duit leagan níos nuaí de do bhrabhsálaí a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer). Idir an dá linn, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, táimid ag taispeáint an tsuímh gan stíl ná JavaScript.
Úsáidtear aigéad stearach (SA) mar ábhar athraithe céime (PCM) i bhfeistí stórála fuinnimh. Sa staidéar seo, úsáideadh an modh sol-glóthach chun dromchlaghníomhaí blaosc SiO2 a mhicreacapsúlú. Rinneadh méideanna éagsúla de SA (5, 10, 15, 20, 30, agus 50 g) a ionchapsúlú i 10 mL de ortashilicead teitreitile (TEOS). Rinneadh an t-ábhar athraithe céime micreacapsúlaithe sintéisithe (MEPCM) a shainiú trí speictreascópacht infridhearg claochlaithe Fourier (FT-IR), difreáil X-ghathaithe (XRD), speictreascópacht fhótaileictreon X-ghathaithe (XPS), agus micreascópacht leictreon scanadh (SEM). Léirigh na torthaí saintréithe gur ionchapsúlaíodh SA go rathúil le SiO2. Léirigh anailís theirmighribhiméadrach (TGA) go bhfuil cobhsaíocht theirmeach níos fearr ag MEPCM ná CA. Agus calraiméadracht scanadh difreálach (DSC) á húsáid, fuarthas amach nár athraigh luach eintealpa MEPCM fiú tar éis 30 timthriall téimh-fuaraithe. I measc na samplaí micrea-chapsúlaithe go léir, bhí an teas leá agus soladaithe is airde ag 50 g de SA ina raibh MEPCM, a bhí 182.53 J/g agus 160.12 J/g, faoi seach. Ríomhadh luach éifeachtúlachta an phacáiste ag baint úsáide as sonraí teirmeacha agus fuarthas an éifeachtúlacht is airde don sampla céanna a bhí 86.68%.
Úsáidtear thart ar 58% den fhuinneamh a úsáidtear sa tionscal tógála chun foirgnimh a théamh agus a fhuarú1. Dá bhrí sin, is é an rud is gá ná córais fuinnimh éifeachtúla a chruthú a chuireann truailliú comhshaoil ​​​​san áireamh2. Is féidir le teicneolaíocht teasa folaigh ag baint úsáide as ábhair athraithe céime (PCM) fuinneamh ard a stóráil ag luaineachtaí ísle teochta3,4,5,6 agus is féidir í a úsáid go forleathan i réimsí ar nós aistriú teasa, stóráil fuinnimh gréine, aeraspás agus aerchóiriú7,8,9. Glacann PCM fuinneamh teirmeach ó thaobh amuigh foirgneamh i rith an lae agus scaoileann sé fuinneamh san oíche10. Dá bhrí sin, moltar ábhair athraithe céime mar ábhair stórála fuinnimh theirmigh. Ina theannta sin, tá cineálacha éagsúla PCManna ann ar nós soladach-soladach, soladach-leachtach, leachtach-gás agus soladach-gás11. Ina measc, is iad na hábhair athraithe céime is mó tóir agus is minice a úsáidtear ná ábhair athraithe céime soladach-soladach agus ábhair athraithe céime soladach-leachtach. Mar sin féin, tá a n-iarratas an-deacair mar gheall ar na hathruithe toirtmhéadracha ollmhóra ar ábhair aistrithe céime leachtach-gás agus soladach-gás.
Tá feidhmeanna éagsúla ag PCM mar gheall ar a airíonna: is féidir iad siúd a leáíonn ag teochtaí faoi bhun 15°C a úsáid i gcórais aerchóirithe chun teochtaí fuara a choinneáil, agus is féidir iad siúd a leáíonn ag teochtaí os cionn 90°C a úsáid i gcórais téimh chun dóiteáin a chosc12. Ag brath ar an bhfeidhmchlár agus ar an raon pointe leá, tá ábhair éagsúla athraithe céime sintéisithe ó cheimiceáin orgánacha agus neamhorgánacha éagsúla13,14,15. Is é paraifín an t-ábhar athraithe céime is coitianta a úsáidtear le teas folaigh ard, neamh-chreimeadh, sábháilteacht agus raon pointe leá leathan16,17,18,19,20,21.
Mar sin féin, mar gheall ar an seoltacht theirmeach íseal atá ag ábhair athraithe céime, ní mór iad a ionchapsú i mblaosc (an ciseal seachtrach) chun sceitheadh ​​an ábhair bhunúsaigh a chosc le linn an phróisis athraithe céime22. Ina theannta sin, is féidir le hearráidí oibríochta nó brú seachtrach damáiste a dhéanamh don chiseal seachtrach (an cumhdach), agus is féidir leis an ábhar athraithe céime leáite imoibriú le hábhair thógála, rud a fhágann creimeadh ar bharraí cruach leabaithe, rud a laghdaíonn inúsáidteacht an fhoirgnimh23. Dá bhrí sin, tá sé tábhachtach ábhair athraithe céime ionchapsúite a shintéisiú le hábhar blaosc leordhóthanach, rud a fhéadfaidh na fadhbanna thuas a réiteach24.
Is féidir le micrea-cheapsúláil ábhar athraithe céime aistriú teasa a mhéadú go héifeachtach agus imoibríocht chomhshaoil ​​a laghdú, agus athruithe toirte a rialú. Forbraíodh modhanna éagsúla le haghaidh ceapsúláil PCM, eadhon polaiméiriú comhéadain25,26,27,28, polaiméiriú in situ29,30,31,32, comh-chomh ...
Rinne Zhang et al. 45 aigéad lauric a shintéisiú ó ortashiliceáit teitreitile agus chinn siad go laghdaíonn an teas folaigh agus go méadaíonn an hidreafóibeacht dromchla de réir mar a mhéadaíonn an cóimheas toirte de mheitioltrieatocsaisilán le ortashiliceáit teitreitile. D’fhéadfadh aigéad lauric a bheith ina ábhar croí féideartha agus éifeachtach do shnáithíní kapok 46. Ina theannta sin, rinne Latibari et al. 47 PCManna bunaithe ar aigéad stearach a shintéisiú ag baint úsáide as TiO2 mar ábhar an bhlaosc. D’ullmhaigh Zhu et al. nanachapsúil n-ochtaideacáin agus silicone mar PCManna féideartha 48. Ó athbhreithniú ar an litríocht, tá sé deacair an dáileog molta a thuiscint chun ábhair athraithe céime micreachapsáilte éifeachtacha agus cobhsaí a fhoirmiú.
Dá bhrí sin, chomh fada agus is eol do na húdair, is paraiméadar tábhachtach é an méid ábhair athraithe céime a úsáidtear le haghaidh micreachapsála chun ábhair athraithe céime micreachapsáilte éifeachtúla agus cobhsaí a tháirgeadh. Trí mhéideanna éagsúla d'ábhair athraithe céime a úsáid, beidh muid in ann airíonna agus cobhsaíocht éagsúla na n-ábhar athraithe céime micreachapsáilte a shoiléiriú. Is substaint atá neamhdhíobhálach don chomhshaol, tábhachtach ó thaobh na míochaine de agus eacnamaíoch é aigéad stearach (aigéad sailleach) ar féidir é a úsáid chun fuinneamh teirmeach a stóráil toisc go bhfuil luach ard enthalpa aige (~200 J/g) agus gur féidir leis teochtaí suas le 72 °C a sheasamh. Ina theannta sin, níl SiO2 inadhainte, soláthraíonn sé neart meicniúil níos airde, seoltacht theirmeach agus friotaíocht cheimiceach níos fearr d'ábhair chroí, agus feidhmíonn sé mar ábhar pozzolanic san earnáil tógála. Nuair a mheasctar stroighin le huisce, is féidir le PCManna atá droch-capsúlaithe scoilteadh mar gheall ar chaitheamh meicniúil agus teochtaí arda (teas hiodráitithe) a ghintear i struchtúir choincréite ollmhóra. Dá bhrí sin, is féidir le húsáid CA micreachapsúlaithe le sliogán SiO2 an fhadhb seo a réiteach. Dá bhrí sin, ba é aidhm an staidéir seo feidhmíocht agus éifeachtúlacht PCManna a shintéisiú tríd an bpróiseas sol-glóthach in iarratais tógála a imscrúdú. Sa saothar seo, rinneamar staidéar córasach ar mhéideanna éagsúla SA (mar ábhar bonn) de 5, 10, 15, 20, 30 agus 50 g atá capsulaithe i sliogáin SiO2. Baineadh úsáid as méid seasta de theitreitileorthosilicate (TEOS) i dtoirt 10 ml mar réamhtheachtaí tuaslagáin chun an bhlaosc SiO2 a fhoirmiú.
Ceannaíodh aigéad stearach gráid imoibríoch (SA, C18H36O2, pointe leá: 72°C) mar an t-ábhar croí ó Daejung Chemical & Metals Co., Ltd., Gyeonggi-do, an Chóiré Theas. Ceannaíodh teitreitileorthosilicate (TEOS, C8H20O4Si) mar thuaslagán réamhtheachtaí ó Acros Organics, Geel, an Bheilg. Ina theannta sin, ceannaíodh eatánól absalóideach (EA, C2H5OH) agus sulfáit lairile sóidiam (SLS, C12H25NaO4S) ó Daejung Chemical & Metals Co., Ltd, Gyeonggi-do, an Chóiré Theas, agus úsáideadh iad mar thuaslagóirí agus dromchlaghníomhaithe, faoi seach. Úsáidtear uisce driogtha mar thuaslagóir freisin.
Meascadh méideanna difriúla SA le cionúireachtaí difriúla de lauryl sulfate sóidiam (SLS) i 100 mL d'uisce driogtha ag baint úsáide as corraitheoir maighnéadach ag 800 rpm agus 75 °C ar feadh 1 uair an chloig (Tábla 1). Roinneadh eibleachtaí SA ina dhá ghrúpa: (1) meascadh 5, 10 agus 15 g de SA le 0.10 g de SLS i 100 ml d'uisce driogtha (SATEOS1, SATEOS2 agus SATEOS3), (2) meascadh 20, 30 agus 50 g de SA le 0.15, 0.20 agus 0.25 g de SLS le 100 ml d'uisce driogtha (SATEOS4, SATEOS5 agus SATEOS6). Úsáideadh 0.10 g SLS le 5, 10 agus 15 g SA chun na heibleachtaí faoi seach a fhoirmiú. Ina dhiaidh sin, moladh líon na SLS a mhéadú do SATEOS4, SATEOS5 agus SATEOS6. Taispeánann Tábla 1 na cóimheasa CA agus SLS a úsáideadh chun tuaslagáin eibleachta cobhsaí a fháil.
Cuir 10 ml TEOS, 10 ml eatánól (EA) agus 20 ml uisce driogtha i mbeicín 100 ml. Chun éifeachtúlacht ionchapslaithe cóimheasa éagsúla sliogán SA agus SiO2 a staidéar, taifeadadh comhéifeacht sintéise na samplaí uile. Corraíodh an meascán le corraitheoir maighnéadach ag 400 rpm agus 60°C ar feadh 1 uair an chloig. Ansin cuireadh an tuaslagán réamhtheachtaí braonta leis an eibleacht SA ullmhaithe, corraíodh go bríomhar é ag 800 rpm agus 75 °C ar feadh 2 uair an chloig, agus scagadh é chun púdar bán a fháil. Nigh an púdar bán le huisce driogtha chun SA iarmharach a bhaint agus triomaíodh é in oigheann folúis ag 45°C ar feadh 24 uair an chloig. Mar thoradh air sin, fuarthas SC micreachapslaithe le sliogán SiO2. Taispeántar próiseas iomlán sintéise agus ullmhúcháin SA micreachapslaithe i bhFíor 1.
Ullmhaíodh micreachapsúil SA le sliogán SiO2 tríd an modh sol-glóthach, agus taispeántar a meicníocht incheapsála i bhFíor 2. Baineann an chéad chéim le hullmhú eibleachta SA i dtuaslagán uiscí le SLS mar shubstaint dromchlaghníomhach. Sa chás seo, ceanglaíonn foirceann hidreafóbach an mhóilín SA le SLS, agus an foirceann hidreafileach le móilíní uisce, rud a chruthaíonn eibleacht chobhsaí. Dá bhrí sin, cosnaítear na codanna hidreafóbach de SLS agus clúdaíonn siad dromchla an bhraoin SA. Ar an láimh eile, tarlaíonn hidrealú tuaslagán TEOS go mall ag móilíní uisce, rud a fhágann go bhfoirmítear TEOS hidrealaithe i láthair eatánóil (Fíor 2a) 49,50,51. Téann TEOS hidrealaithe faoi imoibriú comhdhlúthaithe, agus cruthaíonn TEOS n-hidrealaithe braislí shilice le linn an imoibrithe sin (Fíor 2b). Rinneadh na braislí shilice a incheapsáil le SA52 i láthair SLS (Fíor 2c), ar a dtugtar an próiseas micreachapsála.
Léaráid sceimteach de mhicreachapsúláil CA le blaosc SiO2 (a) hidrealú TEOS (b) comhdhlúthú an hidrealúsáit agus (c) capsúláil CA le blaosc SiO2.
Rinneadh anailís cheimiceach ar SA mórchóir agus SA micrea-cheapsúlaithe ag baint úsáide as speictriméadar infridhearg claochlaithe Fourier (FT-IR, Perkin Elmer UATR Two, SAM) agus taifeadadh speictrim sa raon ó 500 go 4000 cm-1.
Baineadh úsáid as difreactóiméadar X-gha (XRD, D/MAX-2500, Rigaku, an tSeapáin) chun na céimeanna SA mórchóir agus na hábhair mhicreachapsúil a anailísiú. Rinneadh scanadh struchtúrach X-gha sa raon 2θ = 5°–95° le luas scanadh 4°/nóim, ag baint úsáide as radaíocht Cu-Kα (λ = 1.541 Å), coinníollacha oibriúcháin 25 kV agus 100 mA, i mód scanadh leanúnach. Tógadh íomhánna X-gha sa raon 2θ = 5–50°, ós rud é nár breathnaíodh aon bhuaic tar éis 50° i ngach sampla.
Rinneadh speictreascópacht fótaileictreon X-gha (XPS, Scienta Omicron R3000, SAM) ag baint úsáide as Al Kα (1486.6 eV) mar fhoinse X-gha chun staid cheimiceach SA mórchóir a thuiscint chomh maith leis na dúile atá i láthair san ábhar inchaipslithe. Calabraíodh na speictrim XPS bailithe go dtí an bhuaic C 1s ag baint úsáide as carbón coimhthíoch (fuinneamh ceangailteach 284.6 eV). Tar éis ceartú cúlra ag baint úsáide as modh Shirley, díchonbhlútaíodh buaicphointí ardtaifigh gach dúile agus feistíodh iad le feidhmeanna Gaussian/Lorentzian ag baint úsáide as bogearraí CASA XPS.
Rinneadh scrúdú ar mhórfhoirmiú SC mórchóir agus SC micrea-cheapsúlaithe ag baint úsáide as micreascópacht leictreon scanála (SEM, MIRA3, TESCAN, Brno, Poblacht na Seice) a raibh speictreascópacht X-ghathaithe scaipthe fuinnimh (EDS) feistithe uirthi ag 15 kV. Roimh íomháú SEM, brataíodh na samplaí le platanam (Pt) chun éifeachtaí luchtaithe a sheachaint.
Cinneadh airíonna teirmeacha (pointe leá/soladúcháin agus teas folaigh) agus iontaofacht (timthriall teirmeach) trí chalraiméadracht scanadh difreálach (DSC, TA Instrument, Discovery DSC, Newcastle, SAM) ag ráta téimh/fuaraithe 10 °C/nóim ag 40 °C agus 90 °C le purgóid leanúnach nítrigine. Rinneadh anailís meáchain caillteanais ag baint úsáide as anailíseoir TGA (TA Instrument, Discovery TGA, New Castle, SAM) i sreabhadh leanúnach nítrigine ag tosú ag teocht 40–600 °C, le ráta téimh 10 °C/nóim.
Taispeánann Fíor 3 speictrim FTIR SC mórchóir chomh maith le SC micrea-cheapslaithe (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 agus SATEOS6). Cuirtear na buaicphointí ionsúcháin ag 2910 cm-1 agus 2850 cm-1 i ngach sampla (SA chomh maith le SA micrea-cheapslaithe) i leith chreathadh síneadh siméadrach na ngrúpaí –CH3 agus –CH2, faoi seach10,50. Freagraíonn an buaic ag 1705 cm-1 do shíneadh creatha an naisc C=O. Cuirtear na buaicphointí ag 1470 cm-1 agus 1295 cm-1 i leith chreathadh lúbtha in-phlána an ghrúpa feidhme –OH, agus freagraíonn na buaicphointí ag 940 cm-1 agus 719 cm-1 don chreathadh in-phlána agus don chreathadh dífhoirmithe táirgeachta in-phlána, faoi seach – grúpa OH. Breathnaíodh buaicphointí ionsúcháin SA ag 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 agus 719 cm-1 i ngach SA micrea-chapsúl. Ina theannta sin, breathnaíodh buaic nua-aimsithe ag 1103 cm-1 a fhreagraíonn don chreathadh síneadh frithshiméadrach den bhanda Si-O-Si sa mhicrea-chapsúl SA. Tá na torthaí FT-IR comhsheasmhach le Yuan et al. 50 D'ullmhaigh siad SA micrea-chapsúl go rathúil i gcóimheas amóinia/eatánóil agus fuair siad amach nár tharla aon idirghníomhaíocht cheimiceach idir SA agus SiO2. Léiríonn torthaí an staidéir FT-IR reatha gur éirigh leis an bhlaosc SiO2 SA (croí) a chapsúlú go rathúil tríd an bpróiseas comhdhlúthaithe agus polaiméiriú TEOS hidrealaithe. Ag cion SA níos ísle, tá déine buaice an bhanda Si-O-Si níos airde (Fíor 3b-d). De réir mar a mhéadaíonn méid an SA go dtí níos mó ná 15 g, laghdaíonn déine an bhuaic agus leathnú an bhanda Si-O-Si de réir a chéile, rud a léiríonn foirmiú sraithe tanaí de SiO2 ar dhromchla SA.
Speictrim FTIR de (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 agus (g) SATEOS6.
Taispeántar patrúin XRD SA mórchóir agus SA micreachapsáilte i bhFíor 4. Tá buaicphointí XRD suite ag 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° \((\overline {5} de réir JCPDS Uimh. 0381923, 02)\), 21.42° i ngach sampla (311), sanntar 24.04° (602) agus 39.98° (913) do SA. Saobhadh agus hibridíocht le CA mórchóir mar gheall ar fhachtóirí neamhchinnte amhail surfactant (SLS), substaintí iarmharacha eile agus micreachapsáil SiO250. Tar éis an t-ionchapsáil, laghdaíonn déine na bpríomhbhuaicphointí (300), (500), (311), agus (602) de réir a chéile i gcomparáid le CA mórchóir, rud a léiríonn laghdú ar chriostalacht an tsampla.
Patrúin XRD de (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 agus (g) SATEOS6.
Laghdaíonn déine SATEOS1 go géar i gcomparáid le samplaí eile. Níor breathnaíodh aon bhuaicphointí eile sna samplaí micrea-cheapsúla go léir (Fíor 4b–g), rud a dhearbhaíonn go dtarlaíonn adsú fisiceach SiO252 seachas idirghníomhaíocht cheimiceach ar dhromchla SA. Ina theannta sin, thángthas ar an gconclúid freisin nár eascair aon struchtúir nua as micrea-cheapsúlú SA. Fanann SiO2 slán ar dhromchla SA gan aon imoibriú ceimiceach, agus de réir mar a laghdaíonn méid an SA, bíonn na buaicphointí atá ann cheana féin níos soiléire (SATEOS1). Léiríonn an toradh seo go gcapsálann SiO2 dromchla SA den chuid is mó. Imíonn an bhuaic ag (700) go hiomlán, agus bíonn an bhuaic ag \((\overline{5}02)\) ina dronn i SATEOS 1 (Fíor 4b), rud a bhaineann le criostalachas laghdaithe agus aimirfeacht mhéadaithe. Tá SiO2 neamhchruthach ó nádúr, mar sin tá dronn agus leathnú53 ag na buaicphointí a breathnaíodh ó 2θ = 19° go 25° (Fíor 4b–g), rud a dhearbhaíonn go bhfuil SiO252 neamhchruthach ann. Tá déine níos ísle buaicdhifractachta SA micrea-cheapslaithe mar gheall ar éifeacht núicléúcháin bhalla istigh an shilice agus an t-iompar criostalaithe teoranta49. Creidtear go bhfoirmítear sliogán shilice níos tibhe le hábhar SA níos ísle mar gheall ar láithreacht méid mór TEOS, atá ionsúite den chuid is mó ar dhromchla seachtrach an SA. Mar sin féin, de réir mar a mhéadaíonn méid an SA, méadaíonn achar dromchla na mbraoiníní SA sa tuaslagán eibleachta agus tá níos mó TEOS ag teastáil le haghaidh ceapsliú ceart. Dá bhrí sin, le hábhar SA níos airde, cuirtear cosc ​​ar bhuaic SiO2 i FT-IR (Fíor 3), agus laghdaíonn déine na buaice difreactachta gar do 2θ = 19–25° in XRF (Fíor 4) agus laghdaíonn an leathnú freisin. Ní féidir é a fheiceáil. Mar sin féin, mar is léir i bhFíor 4, a luaithe a mhéadaítear méid an SA ó 5 g (SATEOS1) go 50 g (SATEOS6), bíonn na buaicphointí an-ghar do SA mórchóir, agus feictear an buaic ag (700) agus na déine buaicphointí uile sainaitheanta. Tá an toradh seo comhghaolmhar leis na torthaí FT-IR, áit a laghdaíonn déine bhuaic SiO2 SATEOS6 ag 1103 cm-1 (Fíor 3g).
Taispeántar staideanna ceimiceacha na ndúl atá i láthair i SA, SATEOS1 agus SATEOS6 i bhFíor 1 agus 2. Fíor 5, 6, 7 agus 8 agus Tábla 2. Taispeántar scananna tomhais do SA mórchóir, SATEOS1 agus SATEOS6 i bhFíor 5 agus taispeántar scananna ardtaifigh do C 1s, O 1s agus Si 2p i bhFíor 5, 6, 7 agus 8 agus Tábla 2, 6, 7 agus 8 faoi seach. Tá achoimre ar na luachanna fuinnimh cheangailteach a fuarthas le XPS i dTábla 2. Mar is léir ó Fhíor 5, breathnaíodh buaicphointí soiléire Si 2s agus Si 2p i SATEOS1 agus SATEOS6, áit ar tharla micrea-chapsúlú an bhlaosc SiO2. Thuairiscigh taighdeoirí roimhe seo buaic Si 2s den chineál céanna ag 155.1 eV54. Deimhníonn láithreacht buaicphointí Si i SATEOS1 (Fíor 5b) agus SATEOS6 (Fíor 5c) na sonraí FT-IR (Fíor 3) agus XRD (Fíor 4).
Mar a thaispeántar i bhFíor 6a, tá trí bhuaic éagsúla ag C1s an SA mórchóir, CC, calafatach, agus O=C=O, ag an bhfuinneamh ceangailteach, is iad sin 284.5 eV, 285.2 eV, agus 289.5 eV, faoi seach. Breathnaíodh buaicphointí C–C, calafatacha agus O=C=O i SATEOS1 (Fíor 6b) agus SATEOS6 (Fíor 6c) freisin agus tá siad achoimrithe i dTábla 2. Chomh maith leis seo, comhfhreagraíonn buaicphointe C1s do bhuaicphointe Si-C breise ag 283.1 eV (SATEOS1) agus 283.5 eV (SATEOS6). Tá ár bhfuinnimh cheangailteach breathnaithe do C–C, calafatach, O=C=O agus Si–C ag teacht go maith le foinsí eile55,56.
Taispeántar speictrim XPS O 1 SA, SATEOS1 agus SATEOS6 i bhFíor 7a–c, faoi seach. Tá buaic O 1s an SA mórchóir díchonbhlúite agus tá dhá bhuaic ann, eadhon C=O/C–O (531.9 eV) agus C–O–H (533.0 eV), agus tá O 1 SATEOS1 agus SATEOS6 comhsheasmhach. Níl ach trí bhuaic ann: C=O/C–O, C–O–H agus Si–OH55,57,58. Athraíonn fuinneamh ceangailteach O 1s i SATEOS1 agus SATEOS6 beagán i gcomparáid le SA mórchóir, rud a bhaineann le hathrú sa chuid cheimiceach mar gheall ar láithreacht SiO2 agus Si-OH san ábhar bhlaosc.
Taispeántar speictrim Si 2p XPS SATEOS1 agus SATEOS6 i bhFíor 8a agus b, faoi seach. I CA mórchóir, níor breathnaíodh Si 2p mar gheall ar easpa SiO2. Freagraíonn buaic Si 2p do 105.4 eV do SATEOS1 agus 105.0 eV do SATEOS6, arb ionann é agus Si-O-Si, agus is é 103.5 eV buaic SATEOS1 agus 103.3 eV buaic SATEOS6, arb ionann é agus Si-OH55. Léirigh fheistiú buaic Si-O-Si agus Si-OH i SATEOS1 agus SATEOS6 micrea-cheapslú rathúil SiO2 ar dhromchla chroílár SA.
Tá moirfeolaíocht an ábhair mhicreachapsáilte an-tábhachtach, rud a théann i bhfeidhm ar intuaslagthacht, cobhsaíocht, imoibríocht cheimiceach, insreabhacht agus neart59. Dá bhrí sin, úsáideadh SEM chun moirfeolaíocht SA mórchóir (100×) agus SA micreachapsáilte (500×) a thréithriú, mar a thaispeántar i bhFíor 9. Mar is léir ó Fhíor 9a, tá cruth éilipseach ar bhloc an SA. Sáraíonn méid na gcáithníní 500 miocrón. Mar sin féin, nuair a leanann an próiseas micreachapsála ar aghaidh, athraíonn an moirfeolaíocht go mór, mar a thaispeántar i bhFíor 9 b–g.
Íomhánna SEM de (a) SA (×100), (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 agus (g) SATEOS6 ag ×500.
Sa sampla SATEOS1, breathnaítear cáithníní SA níos lú cuasféarach atá fillte i SiO2 agus dromchla garbh orthu (Fíor 9b), rud a d'fhéadfadh a bheith mar gheall ar hidrealú agus polaiméiriú comhdhlúthaithe TEOS ar dhromchla an SA, rud a luasghéaraíonn scaipeadh tapa móilíní eatánóil. Mar thoradh air sin, déantar cáithníní SiO2 a thaisceadh agus breathnaítear ar chomhbhailiú52,60. Soláthraíonn an bhlaosc SiO2 seo neart meicniúil do na cáithníní CA micrea-cheapsúlaithe agus cuireann sé cosc ​​​​ar sceitheadh ​​​​CA leáite ag teochtaí níos airde10. Léiríonn an toradh seo gur féidir micrea-chapsúil SA ina bhfuil SiO2 a úsáid mar ábhair stórála fuinnimh féideartha61. Mar is léir ó Fhíor 9b, tá dáileadh aonfhoirmeach cáithníní ag an sampla SATEOS1 le sraith tiubh SiO2 a chuimsíonn an SA. Tá méid na gcáithníní den SA micrea-cheapsúlaithe (SATEOS1) thart ar 10–20 μm (Fíor 9b), atá i bhfad níos lú i gcomparáid le SA mórchóir mar gheall ar an ábhar SA níos ísle. Is mar gheall ar hidrealú agus polaiméiriú comhdhlúthaithe an tuaslagáin réamhtheachtaí atá tiús an tsraithe micreachapsúil. Tarlaíonn comhchruinniú ag dáileoga níos ísle de SA, i.e. suas le 15 g (Fíor 9b-d), ach a luaithe a mhéadaítear an dáileog, ní fheictear aon chomhchruinniú, ach feictear cáithníní sféarúla atá sainithe go soiléir (Fíor 9e-g) 62.
Ina theannta sin, nuair a bhíonn méid an tsubstaint dromchlaghníomhach SLS tairiseach, bíonn tionchar ag cion SA (SATEOS1, SATEOS2 agus SATEOS3) ar éifeachtúlacht, cruth agus dáileadh mhéid na gcáithníní freisin. Dá bhrí sin, fuarthas amach go raibh méid na gcáithníní níos lú, dáileadh aonfhoirmeach agus dromchla dlúth ag SATEOS1 (Fíor 9b), rud a cuireadh i leith nádúr hidreafíleach SA a chuireann núicléachán tánaisteach chun cinn faoi shuibghníomhaí dromchlaghníomhach tairiseach63. Creidtear, trí chion SA a mhéadú ó 5 go 15 g (SATEOS1, SATEOS2 agus SATEOS3) agus trí mhéid tairiseach shuibghníomhaí a úsáid, ie 0.10 g SLS (Tábla 1), go laghdóidh ranníocaíocht gach cáithnín den mhóilín suibghníomhaí, rud a laghdóidh méid na gcáithníní agus méid na gcáithníní. Tá dáileadh SATEOS2 (Fíor 9c) agus SATEOS3 (Fíor 9d) difriúil ó dháileadh SATEOS 1 (Fíor 9b).
I gcomparáid le SATEOS1 (Fíor 9b), léirigh SATEOS2 moirfeolaíocht dlúth de SA micreachapsúlaithe agus mhéadaigh méid na gcáithníní (Fíor 9c). Tá sé seo mar gheall ar chomhiomlánú 49, rud a laghdaíonn an ráta téachtaithe (Fíor 2b). De réir mar a mhéadaíonn méid an SC de réir mar a mhéadaíonn SLS, bíonn na micreachapsúil le feiceáil go soiléir, mar a thaispeántar i bhFíor 2a conas a tharlaíonn comhiomlánú. Ina theannta sin, léiríonn Fíoracha 9e–g go bhfuil cruth agus méid sféarúil ar na cáithníní uile. Aithníodh gur féidir méid cuí d'olagaméirí shilice a fháil i láthair méideanna móra SA, rud a fhágann comhdhlúthú agus ionchapsúlú cuí agus dá bhrí sin foirmiú micreachapsúl dea-shainithe49. Ó thorthaí an SEM, is léir gur chruthaigh SATEOS6 micreachapsúil chomhfhreagracha i gcomparáid le méid beag SA.
Cuirtear torthaí speictreascópacht X-ghathaithe scaipthe fuinnimh (EDS) de SA mórchóir agus SA micreachapsúil i láthair i dTábla 3. Mar is léir ón tábla seo, laghdaíonn an cion Si de réir a chéile ó SATEOS1 (12.34%) go SATEOS6 (2.68%). Méadú ar SA. Dá bhrí sin, is féidir linn a rá go mbíonn laghdú ar thaisceadh SiO2 ar dhromchla SA mar thoradh ar mhéadú ar mhéid SA. Níl aon luachanna comhsheasmhacha ann maidir le cion C agus O i dTábla 3 mar gheall ar an anailís leathchainníochtúil ar EDS51. Bhí cion Si SA micreachapsúlaithe comhghaolmhar le torthaí FT-IR, XRD agus XPS.
Taispeántar iompar leá agus soladaithe SA mórchóir chomh maith le SA micreachapslaithe le sliogán SiO2 i bhFíor 1 agus 2. Taispeántar iad i bhFíor 10 agus 11 faoi seach, agus taispeántar na sonraí teirmeacha i dTábla 4. Fuarthas amach go raibh teochtaí leá agus soladaithe SA micreachapslaithe difriúil. De réir mar a mhéadaíonn méid an SA, méadaíonn na teochtaí leá agus soladaithe agus druidim le luachanna SA mórchóir. Tar éis micreachapslú SA, méadaíonn balla an shilice an teocht criostalaithe, agus feidhmíonn a bhalla mar chroílár chun éagsúlacht a chur chun cinn. Dá bhrí sin, de réir mar a mhéadaíonn méid an SA, méadaíonn na teochtaí leá (Fíor 10) agus soladaithe (Fíor 11) de réir a chéile freisin49,51,64. I measc na samplaí SA micreachapslaithe go léir, thaispeáin SATEOS6 na teochtaí leá agus soladaithe is airde, agus ina dhiaidh sin SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2, agus SATEOS1.
Léiríonn SATEOS1 an pointe leá is ísle (68.97 °C) agus an teocht sholadaithe (60.60 °C), rud atá mar gheall ar mhéid níos lú na gcáithníní ina bhfuil gluaiseacht na gcáithníní SA taobh istigh de na micreachapsúil an-bheag agus cruthaíonn an bhlaosc SiO2 ciseal tiubh agus dá bhrí sin cuireann an tÁbhar Croí teorainn le síneadh agus gluaiseacht49. Tá an hipitéis seo bainteach le torthaí an SEM, áit a léirigh SATEOS1 méid níos lú na gcáithníní (Fíor 9b), rud atá mar gheall ar an bhfíric go bhfuil móilíní SA teoranta laistigh de limistéar an-bheag de na micreachapsúil. Tá an difríocht i dteochtaí leá agus sholadaithe an phríomhmhaise, chomh maith le gach micreachapsúl SA le blaoscanna SiO2, sa raon 6.10–8.37 °C. Léiríonn an toradh seo gur féidir SA micreachapsúlaithe a úsáid mar ábhar stórála fuinnimh féideartha mar gheall ar an tseoltacht theirmeach mhaith atá ag an bhlaosc SiO265.
Mar is léir ó Thábla 4, tá an t-eintealpa is airde ag SATEOS6 i measc na SCanna micrea-cheapsáilte go léir (Fíor 9g) mar gheall ar an gceapsáil cheart a breathnaíodh le SEM. Is féidir an ráta pacála SA a ríomh ag baint úsáide as cothromóid (1). (1) Trí shonraí teasa folaigh SA49 micrea-cheapsáilte a chur i gcomparáid.
Seasann an luach R don chéim incheapsála (%) de SC micreachapsáilte, seasann ΔHMEPCM,m don teas comhleá folaigh de SC micreachapsáilte, agus seasann ΔHPCM,m don teas comhleá folaigh de SC. Ina theannta sin, ríomhtar éifeachtúlacht phacáistithe (%) mar pharaiméadar teicniúil tábhachtach eile, mar a thaispeántar i gCothromóid (1). (2)49.
Léiríonn an luach E éifeachtúlacht incheapsúcháin (%) CA micreachapsáilte, léiríonn ΔHMEPCM,s teas folaigh leigheasta CA micreachapsáilte, agus léiríonn ΔHPCM,s teas folaigh leigheasta CA.
Mar a thaispeántar i dTábla 4, is é 71.89% agus 67.68% céim pacála agus éifeachtúlacht SATEOS1, faoi seach, agus is é 90.86% agus 86.68% céim pacála agus éifeachtúlacht SATEOS6, faoi seach (Tábla 4). Léiríonn sampla SATEOS6 an chomhéifeacht agus an éifeachtúlacht incheapsúcháin is airde i measc na SA micreachapsúl go léir, rud a léiríonn a chumas teirmeach ard. Dá bhrí sin, éilíonn an t-aistriú ó sholad go leacht méideanna móra fuinnimh. Ina theannta sin, léiríonn an difríocht i dteocht leá agus sholadú na micreachapsúl SA go léir agus an SA mórchóir le linn an phróisis fuaraithe go bhfuil an bhlaosc shilice teoranta go spásúil le linn sintéis micreachapsúl. Dá bhrí sin, léiríonn na torthaí, de réir mar a mhéadaíonn méid an SC, go méadaíonn an ráta incheapsúcháin agus an éifeachtúlacht de réir a chéile (Tábla 4).
Taispeántar cuar TGA SA mórchóir agus SA micreachapsúil le sliogán SiO2 (SATEOS1, SATEOS3 agus SATEOS6) i bhFíor 12. Rinneadh comparáid idir airíonna cobhsaíochta teirmeacha SA mórchóir (SATEOS1, SATEOS3 agus SATEOS6) le samplaí micreachapsúla. Is léir ón gcuar TGA go léiríonn an caillteanas meáchain i gcás SA mórchóir chomh maith le SA micreachapsúil laghdú réidh agus an-bheag ó 40°C go 190°C. Ag an teocht seo, ní dhéantar dianscaoileadh teirmeach ar SC mórchapsúil, ach scaoileann SC micreachapsúil uisce ionsúite fiú tar éis a thriomú ag 45°C ar feadh 24 uair an chloig. Mar thoradh air seo, bhí caillteanas meáchain beag ann,49 ach thar an teocht seo thosaigh an t-ábhar ag díghrádú. Ag cion SA níos ísle (i.e. SATEOS1), tá an cion uisce ionsúite níos airde agus dá bhrí sin tá an caillteanas maise suas le 190°C níos airde (inset i bhFíor 12). Chomh luath agus a ardaíonn an teocht os cionn 190 °C, tosaíonn an sampla ag cailleadh maise mar gheall ar phróisis dianscaoilte. Tosaíonn SA mórchóir ag dianscaoileadh ag 190 °C agus ní fhanann ach 4% ag 260 °C, ach coinníonn SATEOS1, SATEOS3 agus SATEOS6 50%, 20% agus 12% ag an teocht seo, faoi seach. Tar éis 300 °C, ba é an caillteanas maise de SA mórchóir ná thart ar 97.60%, agus ba é an caillteanas maise de SATEOS1, SATEOS3, agus SATEOS6 ná thart ar 54.20%, 82.40%, agus 90.30%, faoi seach. Le méadú ar an ábhar SA, laghdaíonn an cion SiO2 (Tábla 3), agus breathnaítear tanaithe an bhlaosc sa SEM (Fíor 9). Dá bhrí sin, tá an meáchain caillteanas i gcás SA micreachapsáilte níos ísle i gcomparáid le SA mórchóir, rud a mhínítear le hairíonna fabhracha an bhlaosc SiO2, rud a chuireann foirmiú sraithe sileacáite carbónaí-charbónáí chun cinn ar dhromchla SA, rud a leithlisíonn croílár an SA agus a mhoillíonn scaoileadh na dtáirgí so-ghalaithe a eascraíonn as10. Cruthaíonn an tsraith charbónaí seo bacainn chosanta fhisiciúil le linn dianscaoileadh teirmeach, rud a chuireann srian le haistriú móilíní inadhainte isteach sa chéim gháis66,67. Chomh maith leis seo, is féidir linn torthaí suntasacha meáchain caillteanas a fheiceáil freisin: taispeánann SATEOS1 luachanna níos ísle i gcomparáid le SATEOS3, SATEOS6 agus SA. Tá sé seo amhlaidh toisc go bhfuil méid an SA i SATEOS1 níos lú ná i SATEOS3 agus SATEOS6, áit a bhfoirmíonn an bhlaosc SiO2 sraith tiubh. I gcodarsnacht leis sin, sroicheann an meáchain caillteanas iomlán i gcás SA mórchóir 99.50% ag 415 °C. Mar sin féin, léirigh SATEOS1, SATEOS3, agus SATEOS6 cailliúint meáchain 62.50%, 85.50%, agus 93.76%, faoi seach, ag 415 °C. Léiríonn an toradh seo go bhfeabhsaíonn cur leis TEOS díghrádú SA trí shraith SiO2 a fhoirmiú ar dhromchla SA. Is féidir leis na sraitheanna seo bacainn chosanta fhisiciúil a fhoirmiú, agus dá bhrí sin is féidir feabhas a fheiceáil ar chobhsaíocht theirmeach CA micrea-chapsáilte.
Taispeántar torthaí iontaofachta teirmeacha SA mórchóir agus an sampla micrea-cheapslaithe is fearr (ie SATEOS 6) tar éis 30 timthriall téimh agus fuaraithe DSC51,52 i bhFíor 13. Is léir nach léiríonn SA mórchóir (Fíor 13a) aon difríocht i dteocht leá, soladú agus luach eintealpa, agus nach léiríonn SATEOS6 (Fíor 13b) aon difríocht i dteocht agus i luach eintealpa fiú tar éis an 30ú timthriall téimh agus an próiseas fuaraithe. Léirigh SA mórchóir pointe leá de 72.10 °C, teocht sholadaithe de 64.69 °C, agus ba iad 201.0 J/g agus 194.10 J/g an teas comhleá agus an tsoladaithe tar éis an chéad timthriall, faoi seach. Tar éis an 30ú timthriall, laghdaigh pointe leá na luachanna seo go 71.24 °C, laghdaigh an teocht sholadaithe go 63.53 °C, agus laghdaigh an luach eintealpa 10%. Léiríonn athruithe i dteochtaí leá agus soladaithe, chomh maith le laghduithe i luachanna eintealpa, nach bhfuil CA mórchóir iontaofa le haghaidh feidhmeanna neamh-mhicreachapsála. Mar sin féin, tar éis micreachapsáil chuí a dhéanamh (SATEOS6), ní athraíonn na teochtaí leá agus soladaithe ná na luachanna eintealpa (Fíor 13b). Nuair a bhíonn sé micreachapsáilte le sliogáin SiO2, is féidir SA a úsáid mar ábhar athraithe céime in iarratais theirmeacha, go háirithe san earnáil tógála, mar gheall ar a theochtaí leá agus soladaithe is fearr agus a eintealpa cobhsaí.
Cuar DSC a fuarthas do shamplaí SA (a) agus SATEOS6 (b) ag an 1ú agus an 30ú timthriall téimh agus fuaraithe.
Sa staidéar seo, rinneadh imscrúdú córasach ar mhicreachapsúláil ag baint úsáide as SA mar an t-ábhar croí agus SiO2 mar an t-ábhar blaosc. Úsáidtear TEOS mar réamhtheachtaí chun ciseal tacaíochta SiO2 agus ciseal cosanta a fhoirmiú ar dhromchla SA. Tar éis sintéis rathúil SA micreachapsúláilte, léirigh torthaí FT-IR, XRD, XPS, SEM agus EDS láithreacht SiO2. Léiríonn anailís SEM go bhfuil cáithníní sféarúla dea-shainithe timpeallaithe ag blaoscanna SiO2 ar dhromchla SA sa sampla SATEOS6. Mar sin féin, taispeánann MEPCM le hábhar SA níos ísle comhiomlánú, rud a laghdaíonn feidhmíocht PCM. Léirigh anailís XPS láithreacht Si-O-Si agus Si-OH sna samplaí micreachapsúl, rud a léirigh ionsú SiO2 ar dhromchla SA. De réir na hanailíse ar fheidhmíocht theirmeach, léiríonn SATEOS6 an cumas stórála teasa is geallta, le teochtaí leá agus soladaithe de 70.37°C agus 64.27°C, faoi seach, agus teas folaigh leá agus soladaithe de 182.53 J/g agus 160.12 J/g. G. faoi seach. Is é 86.68% an éifeachtúlacht phacáistithe uasta de chuid SATEOS6. Dheimhnigh anailís timthriall teirmeach TGA agus DSC go bhfuil dea-chobhsaíocht theirmeach agus iontaofacht ag SATEOS6 fós fiú tar éis 30 próiseas téimh agus fuaraithe.
Yang T., Wang XY agus Li D. Anailís Feidhmíochta ar Chóras Adsorbála Ilchodach Teirmiceimiceach Soladach-Gáis le haghaidh Stórála Fuinnimh Theirmigh agus Feabhsú a Éifeachtúlachta. feidhmchlár. te. innealtóir. 150, 512–521 (2019).
Farid, MM, Khudhair, AM, Razak, S. agus Al-Hallaj, S. Athbhreithniú ar stóráil fuinnimh athraithe céime: ábhair agus feidhmeanna. Tiontaire fuinnimh. Bainisteoir. 45, 1597–1615 (2004).
Regin AF, Solanki SS agus Saini JS Feidhmíocht aistrithe teasa córas stórála fuinnimh theirmigh ag baint úsáide as capsúil PCM: athbhreithniú. nuashonrú. tacaíocht. Energy Rev 12, 2438–2458 (2008).
Liu, M., Saman, W. agus Bruno, F. Athbhreithniú ar Ábhair Stórála agus ar Theicneolaíochtaí Feabhsúcháin Feidhmíochta Teirmeach do Chórais Stórála Teirmeacha Athraithe Céime Ardteochta. nuashonrú. tacaíocht. Energy Rev 16, 2118–2132 (2012).
Fang Guoying, Li Hong, Liu Xiang, Wu SM Ullmhú agus tréithriú ábhar athraithe céime n-teitreadáin fuinnimh theirmigh nana-chapsúlaithe. Innealtóir Ceimiceach. J. 153, 217–221 (2009).
Mu, B. agus Li, M. Sintéis ábhar ilchodach nua-aimseartha athraithe céime atá cobhsaí ó thaobh crutha de ag baint úsáide as aerógéil ghraiféine modhnaithe le haghaidh tiontú agus stóráil fuinnimh gréine. Ábhair fuinnimh Sol. Sol. Cell 191, 466–475 (2019).
Huang, K., Alva, G., Jia, Y., agus Fang, G. Saintréithiú moirfeolaíoch agus cur i bhfeidhm ábhar athraithe céime i stóráil fuinnimh theirmigh: athbhreithniú. nuashonrú. tacaíocht. Energy Ed. 72, 128–145 (2017).