Spas ji bo serdana Nature.com. Guhertoya geroka ku hûn bikar tînin piştgiriya CSS-ê bi sînor e. Ji bo encamên çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn guhertoyek nûtir a geroka xwe bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê di Internet Explorer-ê de neçalak bikin). Di vê navberê de, ji bo misogerkirina piştgiriya domdar, em malperê bêyî şêwazkirin an JavaScript-ê nîşan didin.
Asîda stearîk (SA) wekî materyalek guherîna qonaxê (PCM) di cîhazên hilanîna enerjiyê de tê bikar anîn. Di vê lêkolînê de, rêbaza sol-jel ji bo mîkrokapsulkirina surfaktantê qalikê SiO2 hate bikar anîn. Mîqdarên cûda yên SA (5, 10, 15, 20, 30, û 50 g) di 10 mL ortosîlîkata tetraetîl (TEOS) de hatin kapsulkirin. Materyalê guherîna qonaxê yê mîkrokapsulkirî yê sentezkirî (MEPCM) bi spektroskopiya înfrared a veguherîna Fourier (FT-IR), difraksiyona tîrêjên X (XRD), spektroskopiya fotoelektronê ya tîrêjên X (XPS), û mîkroskopa elektrona şopandinê (SEM) hate taybetmendîkirin. Encamên taybetmendîkirinê nîşan dan ku SA bi serkeftî ji hêla SiO2 ve hate kapsulkirin. Analîza termogravimetrîkî (TGA) nîşan da ku MEPCM xwedî aramiya germî ya çêtir ji CA ye. Bi karanîna kalorîmetriya şopandina cûdahiyê (DSC), hate dîtin ku nirxa entalpiyê ya MEPCM piştî 30 çerxên germkirin-sarbûnê jî neguherî. Di nav hemû nimûneyên mîkrokapsulkirî de, 50 g SA ya ku MEPCM tê de heye, germahiya veşartî ya helandin û hişkbûnê ya herî bilind hebû, ku bi rêzê ve 182.53 J/g û 160.12 J/g bûn. Nirxa karîgeriya pakêtê bi karanîna daneyên germî hate hesabkirin û karîgeriya herî bilind ji bo heman nimûneyê hate dîtin ku 86.68% bû.
Nêzîkî %58ê enerjiya ku di sektora avahîsaziyê de tê bikaranîn ji bo germkirin û sarkirina avahiyan tê bikaranîn1. Ji ber vê yekê, tiştê herî pêwîst ew e ku pergalên enerjiyê yên bibandor werin afirandin ku qirêjiya jîngehê li ber çavan bigirin2. Teknolojiya germahiya veşartî ya ku materyalên guherîna qonaxê (PCM) bikar tîne dikare di guherînên germahiya nizm de enerjiya bilind hilîne3,4,5,6 û dikare di warên wekî veguhastina germê, hilanîna enerjiya rojê, hewavanî û klîmayê de bi berfirehî were bikar anîn7,8,9. PCM di rojê de enerjiya germî ji derveyê avahiyan dikişîne û di şevê de enerjiyê berdide10. Ji ber vê yekê, materyalên guherîna qonaxê wekî materyalên hilanîna enerjiya germî têne pêşniyar kirin. Wekî din, celebên cûda yên PCM-an hene wekî hişk-hişk, hişk-şilek, şilek-gaz û hişk-gaz11. Di nav wan de, materyalên guherîna qonaxê yên herî populer û pir caran têne bikar anîn materyalên guherîna qonaxa hişk-hişk û materyalên guherîna qonaxa hişk-şilek in. Lêbelê, sepandina wan ji ber guhertinên mezin ên qebareya materyalên veguherîna qonaxa şilek-gaz û hişk-gaz pir dijwar e.
PCM ji ber taybetmendiyên xwe gelek caran tê bikaranîn: yên ku di germahiyên di bin 15°C de dihelin dikarin di pergalên klîmayê de werin bikar anîn da ku germahiyên sar biparêzin, û yên ku di germahiyên li jor 90°C de dihelin dikarin di pergalên germkirinê de werin bikar anîn da ku agir neyên şewitandin12. Li gorî bikaranîn û rêjeya xala helandinê, cûrbecûr materyalên guheztina qonaxê ji kîmyewiyên organîk û neorganîk ên cûda hatine sentezkirin13,14,15. Parafîn materyalê guheztina qonaxê ye ku herî zêde tê bikar anîn û germahiya veşartî ya bilind, ne-korozyon, ewlehî û rêjeya xala helandinê ya fireh heye16,17,18,19,20,21.
Lêbelê, ji ber kêmbûna germahiya materyalên guherîna qonaxê, ew hewce ne ku di qalikekê (qata derve) de werin pêçan da ku di dema pêvajoya guherîna qonaxê de rê li ber rijandina materyalê bingehîn bigirin22. Wekî din, xeletiyên xebitandinê an zexta derveyî dikarin zirarê bidin qata derve (pêçan), û materyalê guherîna qonaxa heliyayî dikare bi materyalên avahiyê re reaksiyonê bike, bibe sedema korozyona barên pola yên bicîhkirî, bi vî rengî karanîna avahiyê kêm bike23. Ji ber vê yekê, girîng e ku materyalên guherîna qonaxa pêçandî bi materyalê qalikê têr sentez bikin, ku dikare pirsgirêkên jorîn çareser bike24.
Mîkrokapsulkirina materyalên guherîna qonaxê dikare bi bandor veguhastina germê zêde bike û reaktîvîteya jîngehê kêm bike, û guhertinên qebareyê kontrol bike. Ji bo kapsulkirina PCM rêbazên cûrbecûr hatine pêşxistin, ango polîmerîzasyona navrûyî25,26,27,28, polîmerîzasyona di cîh de29,30,31,32, koaservasyon33,34,35 û pêvajoyên sol-gel36,37,38,39. Rezîna formaldehîdê dikare ji bo mîkrokapsulasyonê40,41,42,43 were bikar anîn. Rezînên melamîn-formaldehîd û urea-formaldehîd wekî materyalên qalikê têne bikar anîn, ku pir caran di dema xebitandinê de formaldehîda jehrîn derdixin. Ji ber vê yekê, karanîna van materyalan di pêvajoyên pakkirinê de qedexe ye. Lêbelê, materyalên guherîna qonaxê yên hawirdorparêz ji bo hilanîna enerjiya germî ya pîvanbar dikarin bi karanîna nanokapsulên hîbrîd ên li ser bingeha asîdên rûn û lîgnînê44 werin sentez kirin.
Zhang û hevkarên wî 45 û hevkarên wî asîda laurîk ji tetraetîl ortosîlîkat sentez kirin û gihîştin wê encamê ku her ku rêjeya qebareya methyltriethoxysilane ber bi tetraetîl ortosîlîkat zêde dibe, germahiya veşartî kêm dibe û hîdrofobîsîteya rûyê zêde dibe. Asîda laurîk dibe ku ji bo fîberên kapok materyalek bingehîn a potansiyel û bibandor be 46. Wekî din, Latibari û hevkarên wî 47 PCM-yên li ser bingeha asîda stearîk bi karanîna TiO2 wekî materyalê qalikê sentez kirin. Zhu û hevkarên wî nanokapsulên n-oktadekan û silîkonê wekî PCM-yên potansiyel amade kirin 48. Ji nirxandinek li ser wêjeyê, fêmkirina doza pêşniyarkirî ji bo avakirina materyalên guheztina qonaxa mîkroenkapsulkirî yên bibandor û aram dijwar e.
Ji ber vê yekê, li gorî zanîna nivîskaran, mîqdara materyalê guheztina qonaxê ya ku ji bo mîkrokapsulasyonê tê bikar anîn parametreyek girîng e ji bo hilberîna materyalên guheztina qonaxê yên mîkrokapsulkirî yên bi bandor û aram. Bikaranîna mîqdarên cûda yên materyalên guheztina qonaxê dê bihêle ku em taybetmendî û aramiya cûda ya materyalên guheztina qonaxê yên mîkrokapsulkirî ronî bikin. Asîda stearîk (asîda rûn) madeyek hawîrdorparêz, ji hêla bijîjkî ve girîng û aborî ye ku dikare ji bo hilanîna enerjiya germî were bikar anîn ji ber ku nirxek entalpiya wê ya bilind heye (~ 200 J/g) û dikare li hember germahiyên heya 72 °C bisekine. Wekî din, SiO2 neşewitî ye, hêza mekanîkî ya bilindtir, rêberiya germî û berxwedana kîmyewî ya çêtir ji bo materyalên bingehîn peyda dike, û di avakirinê de wekî materyalek pozzolanic tevdigere. Dema ku çîmento bi avê re tê tevlihev kirin, PCM-yên bi kapsula xirab dikarin ji ber xişandina mekanîkî û germahiyên bilind (germahîya hîdrasyonê) ku di avahiyên betonê yên mezin de çêdibin bişkên. Ji ber vê yekê, karanîna CA-ya mîkrokapsulkirî bi qalikek SiO2 dikare vê pirsgirêkê çareser bike. Ji ber vê yekê, armanca vê lêkolînê lêkolîna performans û karîgeriya PCM-yên ku bi pêvajoya sol-jel hatine sentezkirin di sepanên avakirinê de bû. Di vê xebatê de, me bi awayekî sîstematîk mîqdarên cûda yên SA (wek materyalê bingehîn) ên 5, 10, 15, 20, 30 û 50 g ku di nav qalikên SiO2 de hatine dorpêçkirin lêkolîn kirin. Mîqdarek sabît a tetraetîlortosîlîkat (TEOS) di qebareya 10 ml de wekî çareseriyek pêşeng ji bo avakirina qalikê SiO2 hate bikar anîn.
Asîda stearîk a pileya reaktîf (SA, C18H36O2, xala helandinê: 72°C) wekî materyalê bingehîn ji Daejung Chemical & Metals Co., Ltd., Gyeonggi-do, Koreya Başûr hat kirîn. Tetraethylorthosilicat (TEOS, C8H20O4Si) wekî çareseriya pêşeng ji Acros Organics, Geel, Belçîka hat kirîn. Wekî din, etanola mutleq (EA, C2H5OH) û sodyûm lauryl sulfate (SLS, C12H25NaO4S) ji Daejung Chemical & Metals Co., Ltd, Gyeonggi-do, Koreya Başûr hatin kirîn û bi rêzê ve wekî çareserker û surfaktant hatin bikar anîn. Ava distilkirî jî wekî çareserker tê bikar anîn.
Bi karanîna tevdêrek magnetîkî di 800 rpm û 75 °C de ji bo 1 demjimêran, mîqdarên cuda yên SA bi rêjeyên cuda yên sodyûm laurîl sulfate (SLS) di 100 mL ava distilkirî de hatin tevlihevkirin (Tabloya 1). Emulsiyonên SA li du koman hatin dabeşkirin: (1) 5, 10 û 15 g SA bi 0.10 g SLS di 100 ml ava distilkirî de hatin tevlihevkirin (SATEOS1, SATEOS2 û SATEOS3), (2) 20, 30 û 50 g SA bi 0.15, 0.20 û 0.25 g SLS re hatin tevlihevkirin û bi 100 ml ava distilkirî (SATEOS4, SATEOS5 û SATEOS6) re hatin tevlihevkirin. 0.10 g SLS bi 5, 10 û 15 g SA re hat bikar anîn da ku emulsiyonên têkildar çêbibin. Piştre, hat pêşniyarkirin ku ji bo SATEOS4, SATEOS5 û SATEOS6 hejmara SLS zêde bibe. Tabloya 1 rêjeyên CA û SLS-ê yên ku ji bo bidestxistina çareseriyên emulsîyonê yên stabîl têne bikar anîn nîşan dide.
10 ml TEOS, 10 ml etanol (EA) û 20 ml ava distilkirî têxin qedehek 100 ml. Ji bo lêkolîna karîgeriya kapsulkirina rêjeyên cûda yên qalikên SA û SiO2, katsayiya sentezê ya hemî nimûneyan hate tomar kirin. Têkel bi tevdêrek magnetîkî di 400 rpm û 60°C de ji bo saetekê hate tevlihev kirin. Dûv re çareseriya pêşeng bi dilop bi dilop li emulsiyona SA ya amadekirî hate zêdekirin, bi tundî di 800 rpm û 75°C de ji bo 2 saetan hate tevlihev kirin, û hate fîltre kirin da ku tozek spî were bidestxistin. Toza spî bi ava distilkirî hate şuştin da ku SA ya mayî were rakirin û di firinek valahiyê de di 45°C de ji bo 24 saetan hate hişk kirin. Di encamê de, SC-yek mîkrokapsulkirî bi qalikek SiO2 hate bidestxistin. Tevahiya pêvajoya sentez û amadekirina SA-ya mîkrokapsulkirî di Wêne 1 de tê nîşandan.
Mîkrokapsulên SA bi qalikek SiO2 bi rêbaza sol-jel hatin amadekirin, û mekanîzmaya wan a kapsulkirinê di Wêne 2 de tê nîşandan. Gava yekem amadekirina emulsiyonek SA di çareseriyek avî de bi SLS wekî surfaktant vedihewîne. Di vê rewşê de, dawiya hîdrofobîk a molekula SA bi SLS ve girêdide, û dawiya hîdrofîlîk bi molekulên avê ve, û emulsiyonek stabîl çêdike. Bi vî rengî, beşên hîdrofobîk ên SLS têne parastin û rûyê dilopa SA vedişêrin. Ji hêla din ve, hîdrolîza çareseriyên TEOS hêdî hêdî ji hêla molekulên avê ve çêdibe, ku dibe sedema çêbûna TEOS-a hîdrolîzkirî di hebûna etanolê de (Wêne 2a) 49,50,51. TEOS-a hîdrolîzkirî reaksiyonek kondensasyonê derbas dike, di dema wê de TEOS-a n-hîdrolîzkirî komên silîkayê çêdike (Wêne 2b). Komên silîkayê di hebûna SLS-ê de ji hêla SA52 ve hatin kapsulkirin (Wêne 2c), ku jê re pêvajoya mîkrokapsulkirinê tê gotin.
Diyagrama şematîk a mîkrokapsulkirina CA bi qalikek SiO2 (a) hîdrolîza TEOS (b) kondensasyona hîdrolîzatê û (c) kapsulkirina CA bi qalikek SiO2.
Analîza kîmyayî ya SA-ya girseyî û SA-ya mîkroenkapsulkirî bi karanîna spektrometreya înfrared a veguherîna Fourier (FT-IR, Perkin Elmer UATR Two, USA) hate kirin û spektrum di navbera 500 û 4000 cm-1 de hatin tomar kirin.
Ji bo analîzkirina qonaxên SA yên girseyî û materyalên mîkrokapsulê, amûrek difraktometre ya tîrêjên X (XRD, D/MAX-2500, Rigaku, Japonya) hate bikar anîn. Skenkirina avahiya tîrêjên X di navbera 2θ = 5°–95° de bi leza skenkirinê ya 4°/min, bi karanîna tîrêjên Cu-Kα (λ = 1.541 Å), şert û mercên xebitandinê yên 25 kV û 100 mA, di moda skenkirina domdar de hate kirin. Wêneyên tîrêjên X di navbera 2θ = 5–50° de hatin çêkirin, ji ber ku di hemî nimûneyan de piştî 50° tu lûtke nehat dîtin.
Spektroskopiya fotoelektronê ya tîrêjên X (XPS, Scienta Omicron R3000, USA) bi karanîna Al Kα (1486.6 eV) wekî çavkaniya tîrêjên X hate kirin da ku rewşa kîmyewî ya SA-ya girseyî û her weha hêmanên di materyalê kapsulasyonê de hene were fêm kirin. Spektrên XPS yên berhevkirî bi karanîna karbona ekzotîk (enerjiya girêdanê 284.6 eV) li gorî lûtkeya C 1s hatin kalibr kirin. Piştî sererastkirina paşxaneyê bi karanîna rêbaza Shirley, lûtkeyên çareseriya bilind ên her hêmanek hatin dekonvol kirin û bi karanîna nermalava CASA XPS li fonksiyonên Gaussian/Lorentzian hatin bicîh kirin.
Morfolojiya SC-ya girseyî û SC-ya mîkroenkapsulkirî bi karanîna mîkroskopiya elektronê ya şopandinê (SEM, MIRA3, TESCAN, Brno, Komara Çek) ku bi spektroskopiya tîrêjên X-ê ya belavbûna enerjiyê (EDS) li 15 kV ve hatî sazkirin, hate lêkolîn kirin. Berî wênekirina SEM, nimûne bi platîn (Pt) hatin pêçandin da ku ji bandorên barkirinê dûr bikevin.
Taybetmendiyên germî (xala helandin/hişkbûnê û germahiya veşartî) û pêbawerî (çerxerêya germî) bi kalorîmetriya şopandina cûdahiyê (DSC, TA Instrument, Discovery DSC, Newcastle, USA) bi rêjeya germkirin/sarbûnê ya 10 °C/deqîqe li 40 °C û 90°C bi paqijkirina domdar a nîtrojenê hatin destnîşankirin. Analîza windakirina giraniyê bi karanîna analîzkerek TGA (TA Instrument, Discovery TGA, New Castle, USA) di herikîna domdar a nîtrojenê de ku di germahiya 40-600 °C de dest pê dike, bi rêjeya germkirinê ya 10 °C/deqîqe hate kirin.
Wêne 3 spektrumên FTIR yên SC-ya girseyî û her weha SC-yên mîkrokapsulkirî (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 û SATEOS6) nîşan dide. Lûtkeyên vegirtinê yên li 2910 cm-1 û 2850 cm-1 di hemî nimûneyan de (SA û her weha SA-ya mîkrokapsulkirî) bi rêzê ve ji lerizînên dirêjkirina sîmetrîk ên komên –CH3 û –CH2 ve girêdayî ne10,50. Lûtkeya li 1705 cm-1 bi dirêjkirina lerizî ya girêdana C=O re têkildar e. Lûtkeyên li 1470 cm-1 û 1295 cm-1 bi lerizîna xwarbûna di nav-balafirê de ya koma fonksiyonel a –OH ve girêdayî ne, di heman demê de lûtkeyên li 940 cm-1 û 719 cm-1 bi rêzê ve ji lerizîna di nav-balafirê û lerizîna deformasyona berdêl-balafirê re têkildar in – koma OH. Lûtkeyên vegirtina SA li 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 û 719 cm-1 di hemî SA-yên mîkrokapsulkirî de jî hatin dîtin. Wekî din, lûtkeyek nû kifşkirî li 1103 cm-1 ku bi lerizîna dirêjkirina antîsîmetrîk a benda Si-O-Si re têkildar e di mîkrokapsuleya SA de hat dîtin. Encamên FT-IR bi Yuan et al. 50 re li hev dikin. Wan SA-ya mîkrokapsulkirî bi rêjeya amonyak/etanol bi serkeftî amade kir û dît ku di navbera SA û SiO2 de têkiliyek kîmyewî çênebûye. Encamên lêkolîna FT-IR ya heyî nîşan didin ku qalikê SiO2 bi serkeftî SA (navok) bi rêya pêvajoya kondensasyonê û polîmerîzasyona TEOS-ya hîdrolîzkirî kapsul kiriye. Di naveroka SA-yê ya kêmtir de, şîdeta lûtkeya benda Si-O-Si bilindtir e (Wêne 3b-d). Her ku mîqdara SA zêde dibe û ji 15 g zêdetir dibe, şîdeta lûtkeyê û firehbûna benda Si-O-Si hêdî hêdî kêm dibe, ku ev yek nîşan dide ku li ser rûyê SA qatek zirav a SiO2 çêbûye.
Spektrên FTIR yên (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 û (g) SATEOS6.
Nimûneyên XRD yên SA-ya girseyî û SA-ya mîkroenkapsulkirî di Wêne 4 de têne nîşandan. Lûtkeyên XRD li 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° \((\overline {5}li gorî JCPDS No. 0381923, 02)\), 21.42° di hemî nimûneyan de (311), 24.04° (602) û 39.98° (913) ji SA re têne veqetandin. Çewtî û hîbrîdîtî bi CA-ya girseyî re ji ber faktorên nediyar ên wekî surfaktant (SLS), madeyên din ên mayî û mîkroenkapsulasyona SiO250. Piştî ku enkapsulasyon çêdibe, şîdeta lûtkeyên sereke (300), (500), (311), û (602) hêdî hêdî li gorî CA-ya girseyî kêm dibe, ku kêmbûna krîstalînîteya nimûneyê nîşan dide.
Nimûneyên XRD yên (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 û (g) SATEOS6.
Şiddeta SATEOS1 li gorî nimûneyên din bi tundî kêm dibe. Di hemî nimûneyên mîkrokapsulkirî de tu lûtkeyên din nehatin dîtin (Wêne 4b–g), ku piştrast dike ku adsorpsiyona fîzîkî ya SiO252 li ser rûyê SA çêdibe ne ku têkiliya kîmyewî. Wekî din, her weha hat encam kirin ku mîkrokapsulkirina SA nebûye sedema xuya kirina ti avahiyên nû. SiO2 bêyî reaksiyonek kîmyewî li ser rûyê SA sax dimîne, û her ku mîqdara SA kêm dibe, lûtkeyên heyî eşkeretir dibin (SATEOS1). Ev encam nîşan dide ku SiO2 bi giranî rûyê SA kapsul dike. Lûtkeya li (700) bi tevahî winda dibe, û lûtkeya li \((\overline{5}02)\) di SATEOS 1 de dibe qulikek (Wêne 4b), ku bi kêmbûna krîstalînîteyê û zêdebûna amorfîzmê ve girêdayî ye. SiO2 di xwezayê de amorf e, ji ber vê yekê lûtkeyên ku ji 2θ = 19° heta 25° têne dîtin xwedî qulik û firehbûnek in53 (Wêne 4b–g), ku hebûna SiO252 a amorf piştrast dike. Şîddeta lûtkeya difraksiyonê ya SA ya mîkroenkapsulkirî ya kêmtir ji ber bandora navokî ya dîwarê hundurîn ê silîkayê û tevgera krîstalîzasyona sînordar e49. Tê bawerkirin ku bi naveroka SA ya kêmtir, qalikek silîkayê ya stûrtir ji ber hebûna mîqdarek mezin a TEOS-ê çêdibe, ku bi piranî li ser rûyê derve yê SA-yê tê adsorbekirin. Lêbelê, her ku mîqdara SA zêde dibe, rûbera dilopên SA di çareseriya emulsiyonê de zêde dibe û ji bo kapsulkirina rast bêtir TEOS hewce ye. Ji ber vê yekê, bi naverokek SA ya bilindtir, lûtkeya SiO2 di FT-IR de tê tepeserkirin (Wêne 3), û şîddeta lûtkeya difraksiyonê ya nêzîkî 2θ = 19–25° di XRF de (Wêne 4) kêm dibe û berfirehbûn jî kêm dibe. Nayê dîtin. Lêbelê, wekî ku di Wêne 4 de tê dîtin, gava ku mîqdara SA ji 5 g (SATEOS1) ber bi 50 g (SATEOS6) ve tê zêdekirin, lûtke pir nêzîkî SA-ya girseyî dibin, û lûtkeya li (700) bi hemî şîddetên lûtkeyê yên hatine destnîşankirin xuya dibe. Ev encam bi encamên FT-IR re têkildar e, ku şîddeta lûtkeya SiO2 SATEOS6 di 1103 cm-1 de kêm dibe (Wêne 3g).
Rewşên kîmyayî yên elementên di SA, SATEOS1 û SATEOS6 de di Wêneyên 1 û 2 de têne nîşandan. Wêneyên 5, 6, 7 û 8 û Tabloya 2. Skenên pîvandinê ji bo SA, SATEOS1 û SATEOS6 yên girseyî di Wêneya 5 de têne nîşandan û skenên çareseriya bilind ji bo C 1s, O 1s û Si 2p di Wêneyên 5, 6, 7 û 8 û Tabloya 2 de bi rêzê ve têne nîşandan. Nirxên enerjiya girêdanê yên ku ji hêla XPS ve hatine bidestxistin di Tabloya 2 de hatine kurtkirin. Wekî ku ji Wêneya 5 tê dîtin, lûtkeyên Si 2s û Si 2p yên eşkere di SATEOS1 û SATEOS6 de hatine dîtin, ku li wir mîkroenkapsulasyona qalikê SiO2 çêbûye. Lêkolînerên berê lûtkeyek Si 2s ya dişibihe vê li 155.1 eV54 ragihandine. Hebûna lûtkeyên Si di SATEOS1 (Wêne 5b) û SATEOS6 (Wêne 5c) de daneyên FT-IR (Wêne 3) û XRD (Wêne 4) piştrast dike.
Wekî ku di Şekil 6a de tê nîşandan, C1s ya SA ya girseyî sê lûtkeyên cûda yên CC, kalîfatîk, û O=C=O di enerjiya girêdanê de hene, ku bi rêzê ve 284.5 eV, 285.2 eV, û 289.5 eV ne. Lûtkeyên C–C, kalîfatîk û O=C=O jî di SATEOS1 (Şekil 6b) û SATEOS6 (Şekil 6c) de hatine dîtin û di Tabloya 2-an de hatine kurtkirin. Ji bilî vê, lûtkeya C1s di heman demê de bi lûtkeyek Si-C ya din re li 283.1 eV (SATEOS1) û 283.5 eV (SATEOS6) re têkildar e. Enerjiyên girêdanê yên ku me ji bo C–C, kalîfatîk, O=C=O û Si–C dîtine bi çavkaniyên din re baş têkildar in55,56.
Spektrên XPS yên O1SA, SATEOS1 û SATEOS6 bi rêzê ve di Wêneyên 7a-c de têne nîşandan. Lûtkeya O1s ya SA-ya girseyî ne tevlihev e û du lûtk hene, ango C=O/C–O (531.9 eV) û C–O–H (533.0 eV), lê O1 ya SATEOS1 û SATEOS6 lihevhatî ne. Tenê sê lûtke hene: C=O/C–O, C–O–H û Si–OH55,57,58. Enerjiya girêdana O1s di SATEOS1 û SATEOS6 de li gorî SA-ya girseyî hinekî diguhere, ku ev yek bi guhertinek di perçeya kîmyewî de ji ber hebûna SiO2 û Si-OH di materyalê qalikê de ve girêdayî ye.
Spektrumên Si 2p XPS yên SATEOS1 û SATEOS6 bi rêzê ve di Wêne 8a û b de têne nîşandan. Di CA ya girseyî de, Si 2p ji ber nebûna SiO2 nehat dîtin. Lûtkeya Si 2p ji bo SATEOS1 bi 105.4 eV û ji bo SATEOS6 bi 105.0 eV re têkildar e, ku bi Si-O-Si re têkildar e, di heman demê de lûtkeya SATEOS1 103.5 eV û lûtkeya SATEOS6 103.3 eV e, ku bi Si-OH55 re têkildar e. Lihevhatina lûtkeyên Si-O-Si û Si-OH di SATEOS1 û SATEOS6 de mîkroenkapsulasyona serketî ya SiO2 li ser rûyê navika SA nîşan da.
Morfolojiya materyalê mîkrokapsulkirî pir girîng e, bandorê li ser çareserî, aramî, reaktîvîteya kîmyewî, herikîn û hêzê dike59. Ji ber vê yekê, SEM ji bo destnîşankirina morfolojiya SA-ya girseyî (100×) û SA-ya mîkrokapsulkirî (500×) hate bikar anîn, wekî ku di Wêne 9-an de tê xuyang kirin. Wekî ku ji Wêne 9a tê dîtin, bloka SA xwedî şiklek elîptîk e. Mezinahiya perçeyan ji 500 mîkronan derbas dibe. Lêbelê, gava ku pêvajoya mîkrokapsulkirinê berdewam dike, morfolojî bi rengek berbiçav diguhere, wekî ku di Wêne 9 b-g de tê xuyang kirin.
Wêneyên SEM ên (a) SA (×100), (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 û (g) SATEOS6 li ×500.
Di nimûneya SATEOS1 de, perçeyên SA yên bi SiO2-ê pêçayî yên nîv-sferîk ên piçûktir bi rûyek hişk têne dîtin (Wêne 9b), ku dibe ku ji ber hîdrolîz û polîmerîzasyona kondensasyonê ya TEOS-ê li ser rûyê SA-yê be, belavbûna bilez a molekulên etanolê leztir dike. Di encamê de, perçeyên SiO2 têne danîn û kombûn tê dîtin52,60. Ev qalikê SiO2 hêza mekanîkî dide perçeyên CA-yê yên mîkrokapsulkirî û her weha rê li ber rijandina CA-ya helandî di germahiyên bilindtir de digire10. Ev encam nîşan dide ku mîkrokapsulên SA-yê yên ku SiO2 dihewînin dikarin wekî materyalên hilanîna enerjiyê yên potansiyel werin bikar anîn61. Wekî ku ji Wêne 9b tê dîtin, nimûneya SATEOS1 xwedan belavkirinek perçeyan a yekreng e ku qatek SiO2-ya stûr SA-yê dorpêç dike. Mezinahiya perçeyên SA-ya mîkrokapsulkirî (SATEOS1) bi qasî 10-20 μm e (Wêne 9b), ku li gorî SA-ya girseyî ji ber naveroka SA-ya kêmtir pir piçûktir e. Qalindahiya qata mîkrokapsulê ji ber hîdrolîz û polîmerîzasyona kondensasyonê ya çareseriya pêşeng e. Aglomerasyon di dozên kêmtir ên SA de, ango heta 15 g, çêdibe (Wêne 9b-d), lê gava ku doz zêde dibe, aglomerasyon nayê dîtin, lê perçeyên sferîk ên bi zelalî hatine destnîşankirin têne dîtin (Wêne 9e-g) 62.
Herwiha, dema ku mîqdara surfaktantê SLS sabît be, naveroka SA (SATEOS1, SATEOS2 û SATEOS3) bandorê li ser karîgerî, şekil û belavbûna mezinahiya perçeyan jî dike. Bi vî awayî, hat dîtin ku SATEOS1 mezinahiya perçeyan piçûktir, belavbûna yekreng û rûbera zirav nîşan dide (Wêne 9b), ku ev yek bi xwezaya hîdrofîlîk a SA ve girêdayî ye ku di bin surfaktantê sabît de navika duyemîn pêş dixe63. Bawer tê kirin ku bi zêdekirina naveroka SA ji 5 heta 15 g (SATEOS1, SATEOS2 û SATEOS3) û bi karanîna mîqdarek sabît a surfaktantê, ango 0.10 g SLS (Tabloya 1), beşdariya her perçeyek molekula surfaktantê dê kêm bibe, bi vî rengî mezinahiya perçeyan û mezinahiya perçeyan kêm dibe. Belavbûna SATEOS2 (Wêne 9c) û SATEOS3 (Wêne 9d) ji belavbûna SATEOS 1 (Wêne 9b) cuda ye.
Li gorî SATEOS1 (Wêne 9b), SATEOS2 morfolojiyeke dendik a SA ya mîkroenkapsulkirî nîşan da û mezinahiya perçeyan zêde bû (Wêne 9c). Ev ji ber kombûnê ye 49, ku rêjeya koagulasyonê kêm dike (Wêne 2b). Her ku mîqdara SC bi zêdebûna SLS zêde dibe, mîkrokapsul bi zelalî xuya dibin, wekî ku di Wêne de tê xuyang kirin ka kombûn çawa çêdibe. Wekî din, Wêne 9e-g nîşan didin ku hemî perçe bi zelalî şekil û mezinahiya xwe sferîk in. Hatiye nas kirin ku di hebûna mîqdarên mezin ên SA de, mîqdarek guncaw a olîgomerên silîka dikare were bidestxistin, ku dibe sedema kondensasyon û enkapsulasyona guncaw û ji ber vê yekê avakirina mîkrokapsulên baş-diyarkirî 49. Ji encamên SEM, eşkere ye ku SATEOS6 mîkrokapsulên têkildar li gorî mîqdarek piçûk a SA ava kiriye.
Encamên spektroskopiya belavbûna enerjiyê ya tîrêjên X (EDS) ya SA-ya girseyî û SA-ya mîkrokapsulê di Tabloya 3-an de têne pêşkêş kirin. Wekî ku ji vê tabloyê tê dîtin, naveroka Si hêdî hêdî ji SATEOS1 (%12.34) ber bi SATEOS6 (%2.68) ve kêm dibe. Zêdebûna SA-yê. Ji ber vê yekê, em dikarin bibêjin ku zêdebûna mîqdara SA-yê dibe sedema kêmbûna danîna SiO2-yê li ser rûyê SA-yê. Di Tabloya 3-an de ji ber analîza nîv-hejmarî ya EDS51-ê nirxên hevgirtî ji bo naveroka C û O tune ne. Naveroka Si ya SA-ya mîkrokapsulkirî bi encamên FT-IR, XRD û XPS-ê re têkildar bû.
Reftara helandin û hişkbûnê ya SA-ya girseyî û her weha SA-ya mîkrokapsulkirî bi qalikê SiO2 di Wêneyên 1 û 2 de têne nîşandan. Ew bi rêzê ve di Wêneyên 10 û 11 de têne nîşandan, û daneyên germî di Tabloya 4 de têne nîşandan. Germahiya helandin û hişkbûnê ya SA-ya mîkrokapsulkirî cuda hat dîtin. Her ku mîqdara SA zêde dibe, germahiya helandin û hişkbûnê zêde dibe û nêzîkî nirxên SA-ya girseyî dibe. Piştî mîkrokapsulkirina SA, dîwarê silîkayê germahiya krîstalîzasyonê zêde dike, û dîwarê wê wekî navikek tevdigere da ku nehevsengiyê pêşve bibe. Ji ber vê yekê, her ku mîqdara SA zêde dibe, germahiya helandin (Wêne 10) û hişkbûnê (Wêne 11) jî hêdî hêdî zêde dibe49,51,64. Di nav hemî nimûneyên SA-ya mîkrokapsulkirî de, SATEOS6 germahiyên helandin û hişkbûnê yên herî bilind nîşan da, piştî wê SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2, û SATEOS1 tên.
SATEOS1 xala helandinê (68.97 °C) û germahiya hişkbûnê (60.60 °C) ya herî nizm nîşan dide, ku ev ji ber mezinahiya perçeyan a piçûktir e ku tê de tevgera perçeyên SA di hundurê mîkrokapsulan de pir piçûk e û qalikê SiO2 qatek stûr çêdike û ji ber vê yekê Materyalê Navokî dirêjkirin û tevgerê sînordar dike49. Ev hîpotez bi encamên SEM ve girêdayî ye, ku SATEOS1 mezinahiyek perçeyan a piçûktir nîşan da (Wêne 9b), ku ev ji ber wê yekê ye ku molekulên SA di nav deverek pir piçûk a mîkrokapsulan de girtî ne. Cûdahiya di germahiyên helandin û hişkbûnê yên girseya sereke, û her weha hemî mîkrokapsulên SA yên bi qalikên SiO2, di navbera 6.10–8.37 °C de ye. Ev encam nîşan dide ku SA ya mîkrokapsulkirî dikare wekî materyalek potansiyel a hilanîna enerjiyê were bikar anîn ji ber konduktîvîteya germî ya baş a qalikê SiO2 65.
Wekî ku ji Tabloya 4-an tê dîtin, SATEOS6 di nav hemî SC-yên mîkrokapsulkirî de xwedî entalpiya herî bilind e (Wêne 9g) ji ber kapsulasyona rast a ku ji hêla SEM ve hatî dîtin. Rêjeya pakkirina SA dikare bi karanîna hevkêşeya (1) were hesibandin. (1) Bi berawirdkirina daneyên germahiya veşartî ya SA49-ya mîkrokapsulkirî.
Nirxa R pileya kapsulasyonê (%) ya SC-ya mîkrokapsulkirî temsîl dike, ΔHMEPCM,m germahiya veşartî ya helandina SC-ya mîkrokapsulkirî temsîl dike, û ΔHPCM,m germahiya veşartî ya helandina SC-yê temsîl dike. Wekî din, karîgeriya pakkirinê (%) wekî parametreyek teknîkî ya girîng a din tê hesibandin, wekî ku di Hevkêşeya (1) de tê nîşandan. (2)49.
Nirxa E karîgeriya kapsulkirinê (%) ya CA ya mîkrokapsulkirî temsîl dike, ΔHMEPCM,s germahiya veşartî ya saxlembûna CA ya mîkrokapsulkirî temsîl dike, û ΔHPCM,s germahiya veşartî ya saxlembûna CA temsîl dike.
Wekî ku di Tabloya 4-an de tê xuyang kirin, pileya pakkirinê û karîgeriya SATEOS1 bi rêzê ve %71.89 û %67.68 in, û pileya pakkirinê û karîgeriya SATEOS6 bi rêzê ve %90.86 û %86.68 in (Tabloya 4). Nimûneya SATEOS6 di nav hemî SA-yên mîkrokapsulkirî de koefîsyent û karîgeriya herî bilind a kapsulkirinê nîşan dide, ku kapasîteya wê ya germî ya bilind nîşan dide. Ji ber vê yekê, veguherîna ji hişk ber bi şilek ve gelek enerjiyê hewce dike. Wekî din, cûdahiya di germahiyên helandin û hişkbûnê yên hemî mîkrokapsulên SA û SA-ya girseyî de di dema pêvajoya sarkirinê de nîşan dide ku qalikê silîkayê di dema senteza mîkrokapsulê de bi cîh ve sînorkirî ye. Bi vî rengî, encam nîşan didin ku her ku mîqdara SC zêde dibe, rêjeya kapsulkirinê û karîgeriya wê hêdî hêdî zêde dibin (Tabloya 4).
Xêzên TGA yên SA-ya girseyî û SA-ya mîkrokapsulê bi qalikek SiO2 (SATEOS1, SATEOS3 û SATEOS6) di Wêne 12 de têne nîşandan. Taybetmendiyên aramiya germî ya SA-ya girseyî (SATEOS1, SATEOS3 û SATEOS6) bi nimûneyên mîkrokapsulkirî re hatine berhev kirin. Ji xêza TGA diyar e ku windabûna giraniya SA-ya girseyî û her weha SA-ya mîkrokapsulkirî ji 40°C heta 190°C kêmbûnek nerm û pir sivik nîşan dide. Di vê germahiyê de, SC-ya girseyî hilweşîna germî derbas nake, lê SC-ya mîkrokapsulkirî ava adsorbekirî berdide, tewra piştî zuwakirina 45°C ji bo 24 demjimêran jî. Ev bû sedema windabûna giraniyê ya sivik,49 lê ji vê germahiyê wêdetir materyal dest bi hilweşandinê kir. Di naveroka SA-ya kêmtir de (ango SATEOS1), naveroka ava adsorbekirî zêdetir e û ji ber vê yekê windabûna giraniyê heta 190°C zêdetir e (di Wêne 12 de hatî danîn). Her ku germahî ji 190°C bilind dibe, nimûne ji ber pêvajoyên hilweşandinê dest bi windakirina giraniyê dike. SAya girseyî di 190°C de dest bi hilweşandinê dike û tenê %4 di 260°C de dimîne, lê SATEOS1, SATEOS3 û SATEOS6 di vê germahiyê de bi rêzê %50, %20 û %12 diparêzin. Piştî 300°C, windakirina giraniya SAya girseyî bi qasî %97.60 bû, lê windakirina giraniya SATEOS1, SATEOS3, û SATEOS6 bi rêzê bi qasî %54.20, %82.40 û %90.30 bû. Bi zêdebûna naveroka SA, naveroka SiO2 kêm dibe (Tabloya 3), û di SEM de ziravbûna qalikê tê dîtin (Wêne 9). Bi vî awayî, windakirina giraniya SA-ya mîkrokapsulkirî li gorî SA-ya girseyî kêmtir e, ku ev yek bi taybetmendiyên erênî yên qalikê SiO2-yê ve tê ravekirin, ku avakirina çînek karbonatîk a sîlîkat-karbonatîk li ser rûyê SA-yê pêş dixe, bi vî rengî navika SA-yê îzole dike û berdana berhemên firar ên encam hêdî dike10. Ev çîna karbonê di dema hilweşîna germî de astengiyek parastina fîzîkî çêdike, derbasbûna molekulên şewatbar bo qonaxa gazê sînordar dike66,67. Ji bilî vê, em dikarin encamên windakirina giraniyê yên girîng jî bibînin: SATEOS1 li gorî SATEOS3, SATEOS6 û SA nirxên kêmtir nîşan dide. Ev ji ber ku mîqdara SA-yê di SATEOS1-ê de ji SATEOS3 û SATEOS6-ê kêmtir e, ku qalikê SiO2 çînek stûr çêdike. Berevajî vê, windakirina giraniya giştî ya SA-ya girseyî di 415 °C de digihîje 99.50%. Lêbelê, SATEOS1, SATEOS3, û SATEOS6 di 415°C de bi rêzê ve %62.50, %85.50, û %93.76 kêmbûna giraniyê nîşan dan. Ev encam nîşan dide ku zêdekirina TEOS bi çêkirina qatek SiO2 li ser rûyê SA hilweşîna SA baştir dike. Ev qat dikarin astengiyeke parastina fîzîkî çêbikin, û ji ber vê yekê başbûnek di aramiya germî ya CA ya mîkrokapsulkirî de dikare were dîtin.
Encamên pêbaweriya germî ya SA-ya girseyî û nimûneya mîkroenkapsulkirî ya çêtirîn (ango SATEOS 6) piştî 30 çerxên germkirin û sarkirinê yên DSC51,52 di Wêne 13 de têne nîşandan. Diyar e ku SA-ya girseyî (Wêne 13a) di germahiya helandinê, hişkbûnê û nirxa entalpiyê de ti ferq nîşan nade, lê SATEOS6 (Wêne 13b) heta piştî çerxa germkirinê ya 30-an û pêvajoya sarkirinê jî ti ferq di germahî û nirxa entalpiyê de nîşan nade. SA-ya girseyî xala helandinê 72.10 °C, germahiya hişkbûnê 64.69 °C nîşan da, û germahiya hevgirtinê û hişkbûnê piştî çerxa yekem bi rêzê ve 201.0 J/g û 194.10 J/g bûn. Piştî çerxa 30-an, xala helandinê ya van nirxan daket 71.24 °C, germahiya hişkbûnê daket 63.53 °C, û nirxa entalpiyê bi rêjeya %10 kêm bû. Guhertinên di germahiyên helandin û hişkkirinê de, û her weha kêmbûna nirxên entalpiyê, nîşan didin ku CA ya girseyî ji bo sepanên ne-mîkroenkapsulasyonê ne pêbawer e. Lêbelê, piştî ku mîkroenkapsulasyona rast çêdibe (SATEOS6), germahiyên helandin û hişkkirinê û nirxên entalpiyê naguherin (Wêne 13b). Piştî ku bi qalikên SiO2 mîkroenkapsulkirî be, SA dikare wekî materyalek guheztina qonaxê di sepanên germî de, nemaze di avakirinê de, were bikar anîn, ji ber germahiyên helandin û hişkkirinê yên çêtirîn û entalpiya wê ya stabîl.
Xêzên DSC yên ji bo nimûneyên SA (a) û SATEOS6 (b) di çerxên germkirin û sarkirinê yên 1emîn û 30emîn de hatine bidestxistin.
Di vê lêkolînê de, lêkolînek sîstematîk a mîkrokapsulasyonê bi karanîna SA wekî materyalê bingehîn û SiO2 wekî materyalê qalikê hate kirin. TEOS wekî pêşeng tê bikar anîn da ku çînek piştgirîya SiO2 û çînek parastinê li ser rûyê SA çêbike. Piştî senteza serketî ya SA-ya mîkrokapsulkirî, encamên FT-IR, XRD, XPS, SEM û EDS hebûna SiO2 nîşan dan. Analîza SEM nîşan dide ku nimûneya SATEOS6 perçeyên sferîk ên baş-diyarkirî nîşan dide ku li ser rûyê SA-yê bi qalikên SiO2 dorpêçkirî ne. Lêbelê, MEPCM bi naveroka SA-yê kêmtir kombûn nîşan dide, ku performansa PCM-ê kêm dike. Analîza XPS hebûna Si-O-Si û Si-OH di nimûneyên mîkrokapsulê de nîşan da, ku adsorpsiyona SiO2 li ser rûyê SA eşkere kir. Li gorî analîza performansa germî, SATEOS6 şiyana hilanîna germê ya herî sozdar nîşan dide, bi germahiyên helandin û hişkbûnê yên bi rêzê ve 70.37°C û 64.27°C, û germahiya veşartî ya helandin û hişkbûnê ya bi rêzê ve 182.53 J/g û 160.12 J/g.G. ...
Yang T., Wang XY û Li D. Analîza Performansê ya Sîstema Adsorpsiyona Kompozît a Gaz-Hişk a Termokîmyayî ji bo Depokirina Enerjiya Germ û Baştirkirina Karîgeriya Wê. serîlêdan. germ. endezyar. 150, 512–521 (2019).
Farid, MM, Khudhair, AM, Razak, S. û Al-Hallaj, S. Nirxandinek li ser hilanîna enerjiyê ya guherîna qonaxê: materyal û serîlêdan. Veguherînera enerjiyê. Rêveber. 45, 1597–1615 (2004).
Regin AF, Solanki SS û Saini JS Performansa veguhestina germê ya pergalên hilanîna enerjiya germî bi karanîna kapsulên PCM: nirxandinek. nûvekirin. piştgirî. Energy Rev 12, 2438–2458 (2008).
Liu, M., Saman, W. û Bruno, F. Nirxandinek li ser Materyalên Depokirinê û Teknolojiyên Pêşxistina Performansa Germahî ji bo Sîstemên Depokirina Germahî yên Guhertina Qonaxa Germahiya Bilind. nûvekirin. piştgirî. Energy Rev 16, 2118–2132 (2012).
Fang Guoying, Li Hong, Liu Xiang, Wu SM Amadekirin û taybetmendiya materyalên guherîna qonaxa n-tetradecane yên enerjiya germî ya nanoenkapsulkirî. Endezyarê Kîmyayî. J. 153, 217–221 (2009).
Mu, B. û Li, M. Senteza materyalên kompozît ên guherîna qonaxa şiklî-sabît ên nû bi karanîna aerojelên grafînê yên guhertî ji bo veguherîn û hilanîna enerjiya rojê. Sol. Materyalên enerjiyê. Sol. Cell 191, 466–475 (2019).
Huang, K., Alva, G., Jia, Y., û Fang, G. Taybetmendiya morfolojîk û sepandina materyalên guherîna qonaxê di depoya enerjiya germî de: nirxandinek. nûvekirin. piştgirî. Energy Ed. 72, 128–145 (2017).