Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com. Tha taic CSS cuibhrichte aig an dreach den bhrobhsair a tha thu a’ cleachdadh. Airson na toraidhean as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu dreach nas ùire den bhrobhsair agad (no gun cuir thu dheth Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). Aig an aon àm, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, tha sinn a’ taisbeanadh an làraich gun stoidhle no JavaScript.
Tha searbhag stearaic (SA) air a chleachdadh mar stuth atharrachaidh ìre (PCM) ann an innealan stòraidh lùtha. Anns an sgrùdadh seo, chaidh an dòigh sol-gel a chleachdadh gus surfactant slige SiO2 a mhicro-chapsaladh. Chaidh diofar mheudan de SA (5, 10, 15, 20, 30, agus 50 g) a ghlacadh ann an 10 mL de tetraethyl orthosilicate (TEOS). Chaidh an stuth atharrachaidh ìre micro-chapsalaichte sintéiseichte (MEPCM) a chomharrachadh le speactroscopaidh infridhearg cruth-atharrachaidh Fourier (FT-IR), diffraction X-ray (XRD), speactroscopaidh photoelectron X-ray (XPS), agus microscopaidh sganaidh electron (SEM). Sheall na toraidhean caractarachaidh gun deach SA a ghlacadh gu soirbheachail le SiO2. Sheall mion-sgrùdadh thermogravimetric (TGA) gu bheil seasmhachd teirmeach nas fheàrr aig MEPCM na CA. A’ cleachdadh calorimetry sganaidh eadar-dhealaichte (DSC), chaidh a lorg nach do dh’ atharraich luach enthalpy MEPCM eadhon an dèidh 30 cearcall teasachaidh-fuarachaidh. Am measg nan sampallan uile a chaidh a mhicro-chapsalachadh, b’ e 50 g de SA anns an robh MEPCM an teas falaichte as àirde airson leaghadh agus cruadhachadh, a bha 182.53 J/g agus 160.12 J/g, fa leth. Chaidh luach èifeachdais a’ phacaid obrachadh a-mach a’ cleachdadh dàta teirmeach agus fhuaireadh an èifeachdas as àirde airson an aon sampall, a bha 86.68%.
Tha timcheall air 58% den lùth a thathar a’ cleachdadh ann an gnìomhachas an togail air a chleachdadh gus togalaichean a theasachadh agus fhuarachadh1. Mar sin, is e an rud as riatanach siostaman lùtha èifeachdach a chruthachadh a bheir aire do thruailleadh na h-àrainneachd2. Faodaidh teicneòlas teas falaichte a’ cleachdadh stuthan atharrachaidh ìre (PCM) lùth àrd a stòradh aig atharrachaidhean teòthachd ìosal3,4,5,6 agus faodar a chleachdadh gu farsaing ann an raointean leithid gluasad teas, stòradh lùth na grèine, aerospace agus fionnarachadh-àile7,8,9. Bidh PCM a’ gabhail a-steach lùth teirmeach bho thaobh a-muigh thogalaichean tron ​​latha agus a’ leigeil ma sgaoil lùth air an oidhche10. Mar sin, thathas a’ moladh stuthan atharrachaidh ìre mar stuthan stòraidh lùth teirmeach. A bharrachd air an sin, tha diofar sheòrsaichean de PCMan ann leithid cruaidh-chruaidh, cruaidh-leaghan, leaghan-gas agus cruaidh-gas11. Nam measg, is e na stuthan atharrachaidh ìre as mòr-chòrdte agus as trice a thathas a’ cleachdadh stuthan atharrachaidh ìre cruaidh-chruaidh agus stuthan atharrachaidh ìre cruaidh-leaghan. Ach, tha an cleachdadh gu math duilich air sgàth nan atharrachaidhean mòra meudach ann an stuthan gluasaid ìre leaghan-gas agus cruaidh-gas.
Tha grunn chleachdaidhean aig PCM air sgàth a fheartan: faodar an fheadhainn a leaghas aig teòthachd fo 15°C a chleachdadh ann an siostaman fionnarachaidh-àile gus teòthachd fhuar a chumail suas, agus faodar an fheadhainn a leaghas aig teòthachd os cionn 90°C a chleachdadh ann an siostaman teasachaidh gus casg a chuir air teintean12. A rèir an tagraidh agus an raon puing leaghaidh, chaidh diofar stuthan atharrachaidh ìre a cho-chur bho dhiofar cheimigean organach agus neo-organach13,14,15. Is e paraffin an stuth atharrachaidh ìre as cumanta a thathas a’ cleachdadh le teas falaichte àrd, neo-chreimneachd, sàbhailteachd agus raon puing leaghaidh farsaing16,17,18,19,20,21.
Ach, air sgàth cho ìosal sa tha an giùlan teirmeach aig stuthan atharrachaidh ìre, feumar an cur ann an slige (sreath a-muigh) gus casg a chuir air aodion an stuth bunaiteach rè a’ phròiseas atharrachaidh ìre22. A bharrachd air an sin, faodaidh mearachdan obrachaidh no cuideam bhon taobh a-muigh milleadh a dhèanamh air an t-sreath a-muigh (cladding), agus faodaidh an stuth atharrachaidh ìre leaghte freagairt le stuthan togail, ag adhbhrachadh creimeadh air bàraichean stàilinn leabaithe, agus mar sin a’ lughdachadh seirbheis na togalaich23. Mar sin, tha e cudromach stuthan atharrachaidh ìre leacaichte a cho-chur ri chèile le stuth slige gu leòr, a dh’ fhaodas na duilgheadasan gu h-àrd fhuasgladh24.
Faodaidh meanbh-chapsaladh stuthan atharrachaidh ìre gluasad teas a mheudachadh gu h-èifeachdach agus ath-bhualadh àrainneachdail a lughdachadh, agus atharrachaidhean meud a smachdachadh. Chaidh diofar dhòighean a leasachadh airson capsaladh PCM, is iad sin poilimearachadh eadar-aghaidheach25,26,27,28, poilimearachadh in situ29,30,31,32, co-ghluasad33,34,35 agus pròiseasan sol-gel36,37,38,39. Faodar roisinn formaldehyde a chleachdadh airson meanbh-chapsaladh40,41,42,43. Bithear a’ cleachdadh roisinn melamine-formaldehyde agus urea-formaldehyde mar stuthan slige, a bhios gu tric a’ leigeil a-mach formaldehyde puinnseanta rè obrachadh. Mar sin, tha e toirmisgte na stuthan sin a chleachdadh ann am pròiseasan pacaidh. Ach, faodar stuthan atharrachaidh ìre a tha càirdeil don àrainneachd airson stòradh lùth teirmeach sgèileachail a cho-chur ri chèile le bhith a’ cleachdadh nanocapsules measgaichte stèidhichte air searbhagan geir agus lignin44.
Rinn Zhang et al. 45 searbhag lauric a cho-chur bho tetraethyl orthosilicate agus cho-dhùin iad, mar a bhios an co-mheas meud de methyltriethoxysilane ri tetraethyl orthosilicate ag àrdachadh, gum bi an teas falaichte a’ lùghdachadh agus gum bi hydrophobicity an uachdair ag àrdachadh. Dh’ fhaodadh searbhag lauric a bhith na stuth cridhe a dh’ fhaodadh a bhith èifeachdach airson snàithleanan kapok 46. A bharrachd air an sin, rinn Latibari et al. 47 PCMan stèidhichte air searbhag stearic a cho-chur a’ cleachdadh TiO2 mar an stuth slige. Dh’ullaich Zhu et al. nanocapsules n-octadecane agus silicone mar PCMan a dh’ fhaodadh a bhith ann 48. Bho ath-sgrùdadh air an litreachas, tha e duilich an dòs a thathar a’ moladh airson cruthachadh stuthan atharrachaidh ìre microcapsulated èifeachdach agus seasmhach.
Mar sin, a rèir fios nan ùghdaran, tha an ìre de stuth atharrachaidh ìre a thathar a’ cleachdadh airson meanbh-chapsulachadh na pharamadair cudromach airson cinneasachadh stuthan atharrachaidh ìre meanbh-chapsulaichte èifeachdach is seasmhach. Le bhith a’ cleachdadh diofar mheudan de stuthan atharrachaidh ìre, bidh e comasach dhuinn na diofar fheartan agus an seasmhachd a tha aig stuthan atharrachaidh ìre meanbh-chapsulaichte a shoilleireachadh. Tha searbhag stearic (searbhag geir) na stuth a tha càirdeil don àrainneachd, cudromach gu meidigeach agus eaconamach a dh’ fhaodar a chleachdadh gus lùth teirmeach a stòradh leis gu bheil luach enthalpy àrd aige (~200 J/g) agus faodaidh e seasamh ri teòthachd suas ri 72 °C. A bharrachd air an sin, chan eil SiO2 lasanta, a’ toirt seachad neart meacanaigeach nas àirde, seoltachd teirmeach agus strì an aghaidh cheimigeach nas fheàrr do stuthan cridhe, agus ag obair mar stuth pozzolanic ann an togail. Nuair a thèid saimeant a mheasgachadh le uisge, faodaidh PCMan a tha air an capsulachadh gu dona sgàineadh air sgàth caitheamh meacanaigeach agus teòthachd àrd (teas uisgeachaidh) a thèid a chruthachadh ann an structaran cruadhtan mòra. Mar sin, faodaidh cleachdadh CA meanbh-chapsulaichte le slige SiO2 an duilgheadas seo fhuasgladh. Mar sin, b’ e amas an sgrùdaidh seo sgrùdadh a dhèanamh air coileanadh agus èifeachdas PCMan a chaidh a cho-chur leis a’ phròiseas sol-gel ann an tagraidhean togail. San obair seo, rinn sinn sgrùdadh siostamach air diofar mheudan de SA (mar stuth bunaiteach) de 5, 10, 15, 20, 30 agus 50g air an glacadh ann an sligean SiO2. Chaidh meud stèidhichte de tetraethylorthosilicate (TEOS) ann an tomhas-lìonaidh de 10 ml a chleachdadh mar fhuasgladh ro-ruithear airson cruthachadh slige SiO2.
Chaidh searbhag stearaic ìre ath-ghnìomhach (SA, C18H36O2, puing leaghaidh: 72°C) mar an stuth cridhe a cheannach bho Daejung Chemical & Metals Co., Ltd., Gyeonggi-do, Corea a Deas. Chaidh tetraethylorthosilicate (TEOS, C8H20O4Si) mar fhuasgladh ro-ruithear a cheannach bho Acros Organics, Geel, a' Bheilg. A bharrachd air an sin, chaidh ethanol iomlan (EA, C2H5OH) agus sodium lauryl sulfate (SLS, C12H25NaO4S) a cheannach bho Daejung Chemical & Metals Co., Ltd, Gyeonggi-do, Corea a Deas, agus chaidh an cleachdadh mar fhuasglaidhean agus surfactants, fa leth. Tha uisge grùide cuideachd air a chleachdadh mar fhuasglaiche.
Chaidh diofar mheudan de SA a mheasgachadh le diofar chuibhreannan de sodium lauryl sulfate (SLS) ann an 100 mL de dh’uisge grùide a’ cleachdadh inneal-measgachaidh magnetach aig 800 rpm agus 75 °C airson 1 uair (Clàr 1). Chaidh emulsions SA a roinn ann an dà bhuidheann: (1) chaidh 5, 10 agus 15 g de SA a mheasgachadh le 0.10 g de SLS ann an 100 ml de dh’uisge grùide (SATEOS1, SATEOS2 agus SATEOS3), (2) chaidh 20, 30 agus 50 g de SA a mheasgachadh le 0.15, 0.20 agus 0.25 g de SLS a mheasgachadh le 100 ml de dh’uisge grùide (SATEOS4, SATEOS5 agus SATEOS6). Chaidh 0.10 g SLS a chleachdadh le 5, 10 agus 15 g SA gus na h-emulsions fa leth a chruthachadh. Às dèidh sin, chaidh a mholadh àireamh nan SLS a mheudachadh airson SATEOS4, SATEOS5 agus SATEOS6. Tha Clàr 1 a’ sealltainn nan co-mheasan de CA agus SLS a chaidh a chleachdadh gus fuasglaidhean emulsion seasmhach fhaighinn.
Cuir 10 ml de TEOS, 10 ml de ethanol (EA) agus 20 ml de dh’uisge grùide ann am beicéar 100 ml. Gus sgrùdadh a dhèanamh air èifeachdas capsalachaidh diofar cho-mheasan de shligean SA agus SiO2, chaidh co-èifeachd co-chur nan sampallan uile a chlàradh. Chaidh am measgachadh a mheasgachadh le inneal-measgachaidh magnetach aig 400 rpm agus 60 °C airson 1 uair a thìde. An uairsin chaidh am fuasgladh ro-ruithear a chur ris an emulsion SA ullaichte boinneagan às dèidh boinne, a mheasgachadh gu làidir aig 800 rpm agus 75 °C airson 2 uair a thìde, agus a shìoladh gus pùdar geal fhaighinn. Chaidh am pùdar geal a nighe le uisge grùide gus SA a bha air fhàgail a thoirt air falbh agus a thiormachadh ann an àmhainn falamh aig 45 °C airson 24 uairean a thìde. Mar thoradh air an sin, fhuaireadh SC meanbh-cheapsail le slige de SiO2. Tha am pròiseas iomlan de cho-chur agus ullachadh SA meanbh-cheapsail air a shealltainn ann am Figear 1.
Chaidh meanbh-chapsalan SA le slige SiO2 ullachadh leis an dòigh sol-gel, agus tha an dòigh-obrach aca airson an glacadh air a shealltainn ann am Figear 2. Tha a’ chiad cheum a’ toirt a-steach ullachadh emulsion SA ann am fuasgladh uisgeach le SLS mar surfactant. Anns a’ chùis seo, bidh ceann hydrophobic moileciuil SA a’ ceangal ri SLS, agus an ceann hydrophilic ri moileciuilean uisge, a’ cruthachadh emulsion seasmhach. Mar sin, tha na pàirtean hydrophobic de SLS air an dìon agus a’ còmhdach uachdar boinne an SA. Air an làimh eile, bidh hydrolysis fuasglaidhean TEOS a’ tachairt gu slaodach le moileciuilean uisge, ag adhbhrachadh cruthachadh TEOS hydrolyzed an làthair ethanol (Figear 2a) 49,50,51. Bidh TEOS hydrolyzed a’ dol tro ath-bhualadh dùmhlachaidh, agus rè na h-ùine sin bidh TEOS n-hydrolyzed a’ cruthachadh cruinneachaidhean silica (Figear 2b). Chaidh na cruinneachaidhean silica a ghlacadh le SA52 an làthair SLS (Figear 2c), ris an canar am pròiseas meanbh-chapsailidh.
Diagram sgemataigeach de mhicro-chapsaladh CA le slige de SiO2 (a) hiodrolaiseadh TEOS (b) dùmhlachadh an hiodrolaise agus (c) capsaladh CA le slige de SiO2.
Chaidh mion-sgrùdadh ceimigeach air SA mòr-chuid agus SA meanbh-cheapsail a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh speactrometer infridhearg cruth-atharrachaidh Fourier (FT-IR, Perkin Elmer UATR Two, USA) agus chaidh speactra a chlàradh anns an raon bho 500 gu 4000 cm-1.
Chaidh diffractometer X-ghath (XRD, D/MAX-2500, Rigaku, Iapan) a chleachdadh gus na h-ìrean SA mòra agus na stuthan meanbh-chapsail a sgrùdadh. Chaidh sganadh structarail X-ghath a dhèanamh anns an raon 2θ = 5°–95° le astar sganaidh de 4°/min, a’ cleachdadh rèididheachd Cu-Kα (λ = 1.541 Å), suidheachaidhean obrachaidh de 25 kV agus 100 mA, ann am modh sganaidh leantainneach. Chaidh ìomhaighean X-ghath a thogail anns an raon 2θ = 5–50°, leis nach deach bàrr sam bith fhaicinn às dèidh 50° anns a h-uile sampall.
Chaidh speactroscopaidh foto-eileagtron X-ghath (XPS, Scienta Omicron R3000, USA) a dhèanamh a’ cleachdadh Al Kα (1486.6 eV) mar an stòr X-ghath gus tuigse fhaighinn air staid cheimigeach SA mòr a bharrachd air na h-eileamaidean a tha an làthair anns an stuth capsulachaidh. Chaidh na speactra XPS a chaidh a chruinneachadh a chalabrachadh gu bàrr C 1s a’ cleachdadh carbon coimheach (lùth ceangail 284.6 eV). Às deidh ceartachadh cùl-fhiosrachaidh a’ cleachdadh dòigh Shirley, chaidh bàrr àrd-rèiteachaidh gach eileamaid a dhì-chonnspaideadh agus an cur ri gnìomhan Gaussian/Lorentzian a’ cleachdadh bathar-bog CASA XPS.
Chaidh morf-eòlas SC mòr-chuid agus SC meanbh-cheapsail a sgrùdadh le bhith a’ cleachdadh microscopaidh sganaidh dealanach (SEM, MIRA3, TESCAN, Brno, Poblachd nan Seiceach) uidheamaichte le speactroscopaidh ghathan-X sgaoilidh lùtha (EDS) aig 15 kV. Mus deach ìomhaighean SEM a dhèanamh, chaidh na sampallan a chòmhdach le platanam (Pt) gus buaidhean cosgais a sheachnadh.
Chaidh feartan teirmeach (puing leaghaidh/cruaidheachaidh agus teas falaichte) agus earbsachd (cearcall teirmeach) a dhearbhadh le calorimeatraidh sganaidh eadar-dhealaichte (DSC, TA Instrument, Discovery DSC, Newcastle, USA) aig ìre teasachaidh/fuarachaidh de 10 °C/min aig 40 °C agus 90 °C le glanadh naitridein leantainneach. Chaidh mion-sgrùdadh call cuideim a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh anailisiche TGA (TA Instrument, Discovery TGA, New Castle, USA) ann an sruth leantainneach de naitridein a’ tòiseachadh aig teòthachd 40–600 °C, le ìre teasachaidh de 10 °C/min.
Tha Figear 3 a’ sealltainn speactra FTIR de SC mòr-chuid a bharrachd air SC meanbh-cheapsail (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 agus SATEOS6). Tha na prìomh ìrean glacaidh aig 2910 cm-1 agus 2850 cm-1 anns a h-uile sampall (SA a bharrachd air SA meanbh-cheapsail) air an cur às leth crithidhean sìneadh co-chothromach nam buidhnean –CH3 agus –CH2, fa leth10,50. Tha am prìomh ìre aig 1705 cm-1 a’ freagairt ri sìneadh crithidh a’ cheangail C=O. Tha na prìomh ìrean aig 1470 cm-1 agus 1295 cm-1 air an cur às leth crith lùbadh sa phlèana den bhuidheann gnìomh –OH, agus tha na prìomh ìrean aig 940 cm-1 agus 719 cm-1 a’ freagairt ris a’ chreathadh sa phlèana agus crith deformachaidh toraidh sa phlèana, fa leth – buidheann OH. Chaidh mullaichean glacaidh SA aig 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 agus 719 cm-1 fhaicinn cuideachd anns a h-uile SA meanbh-cheapsail. A bharrachd air an sin, chaidh mullach ùr a lorg aig 1103 cm-1 a tha a’ freagairt ris a’ chreathadh sìneadh neo-chothromach den chòmhlan Si-O-Si fhaicinn anns a’ mhicro-cheapsail SA. Tha na toraidhean FT-IR a rèir Yuan et al. 50 Shoirbhich leotha SA meanbh-cheapsail ullachadh ann an co-mheas ammonia / ethanol agus fhuair iad a-mach nach do thachair eadar-obrachadh ceimigeach sam bith eadar SA agus SiO2. Tha toraidhean an sgrùdaidh FT-IR làithreach a’ sealltainn gun do shoirbhich le slige SiO2 SA (cridhe) a ghlacadh tron ​​phròiseas dùmhlachaidh agus poileimearachadh TEOS hydrolyzed. Aig susbaint SA nas ìsle, tha dian mullach a’ chòmhlain Si-O-Si nas àirde (Figear 3b-d). Mar a bhios an ìre SA ag àrdachadh gu barrachd air 15 g, bidh dian a’ mhullaich agus leudachadh a’ chòmhlain Si-O-Si a’ lùghdachadh mean air mhean, a’ nochdadh cruthachadh sreath tana de SiO2 air uachdar SA.
Speactraman FTIR de (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 agus (g) SATEOS6.
Tha pàtrain XRD SA mòr-chuid agus SA meanbh-chapsailichte air an sealltainn ann am Figear 4. Tha mullaichean XRD suidhichte aig 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° \((\overline {5} a rèir JCPDS Àir. 0381923, 02)\), 21.42° anns a h-uile sampall (311), tha 24.04° (602) agus 39.98° (913) air an cur ri SA. Saobhadh agus hibrideachd le CA mòr-chuid mar thoradh air factaran mì-chinnteach leithid surfactant (SLS), stuthan fuigheallach eile agus meanbh-chapsaileachadh SiO250. Às deidh don chapsaileachadh tachairt, bidh dian nam prìomh mhullaichean (300), (500), (311), agus (602) a’ lùghdachadh mean air mhean an taca ri CA mòr-chuid, a’ nochdadh lùghdachadh ann an criostalachd an t-sampall.
Pàtranan XRD de (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 agus (g) SATEOS6.
Tha dian SATEOS1 a’ lùghdachadh gu mòr an taca ri sampallan eile. Cha deach mullaichean eile fhaicinn anns na sampallan meanbh-chapsail uile (Figear 4b–g), a tha a’ dearbhadh gu bheil adsorption corporra SiO252 seach eadar-obrachadh ceimigeach a’ tachairt air uachdar SA. A bharrachd air an sin, chaidh a cho-dhùnadh cuideachd nach do lean meanbh-chapsaileadh SA gu coltas structaran ùra sam bith. Tha SiO2 fhathast slàn air uachdar SA gun ath-bhualadh ceimigeach sam bith, agus mar a bhios meud an SA a’ lùghdachadh, bidh na mullaichean a tha ann mar-thà nas follaisiche (SATEOS1). Tha an toradh seo a’ nochdadh gu bheil SiO2 a’ còmhdach uachdar SA sa mhòr-chuid. Bidh am mullach aig (700) a’ dol à sealladh gu tur, agus bidh am mullach aig \((\overline{5}02)\) na chnap ann an SATEOS 1 (Figear 4b), a tha co-cheangailte ri criostalachadh nas lugha agus barrachd neo-chruthachd. Tha SiO2 neo-chruthach ann an nàdar, agus mar sin tha cnap agus leudachadh53 aig na stùcan a chithear bho 2θ = 19° gu 25° (Figear 4b–g), a tha a’ dearbhadh gu bheil SiO252 neo-chruthach ann. Tha dian stùc diffraction nas ìsle de SA meanbh-cheapsail mar thoradh air buaidh niùclachaidh balla a-staigh an t-silica agus an giùlan criostalachaidh cuibhrichte49. Thathas a’ creidsinn le susbaint SA nas ìsle, gu bheil slige silica nas tiugh air a chruthachadh air sgàth làthaireachd meud mòr de TEOS, a tha air a ghlacadh gu ìre mhòr air uachdar a-muigh an SA. Ach, mar a bhios meud an SA ag àrdachadh, bidh farsaingeachd uachdar boinneagan SA anns an fhuasgladh emulsion ag àrdachadh agus tha feum air barrachd TEOS airson capsal ceart. Mar sin, le susbaint SA nas àirde, tha stùc SiO2 ann an FT-IR air a chumail fodha (Figear 3), agus tha dian stùc diffraction faisg air 2θ = 19–25° ann an XRF (Figear 4) a’ lùghdachadh agus tha an leudachadh cuideachd a’ lùghdachadh. Chan eil e ri fhaicinn. Ach, mar a chithear ann am Figear 4, cho luath ‘s a thèid meud an SA a mheudachadh bho 5 g (SATEOS1) gu 50 g (SATEOS6), bidh na stùcan glè fhaisg air SA mòr-chuid, agus nochdaidh am stùc aig (700) leis na dian stùcan uile air an comharrachadh. Tha an toradh seo co-cheangailte ri toraidhean FT-IR, far a bheil dian stùc SiO2 SATEOS6 a’ lùghdachadh aig 1103 cm-1 (Figear 3g).
Tha staidean ceimigeach nan eileamaidean a tha an làthair ann an SA, SATEOS1 agus SATEOS6 air an sealltainn ann am Figearan 1 agus 2. Figearan 5, 6, 7 agus 8 agus Clàr 2. Tha sganaidhean tomhais airson SA mòr, SATEOS1 agus SATEOS6 air an sealltainn ann am Figear 5 agus tha sganaidhean àrd-rèiteachaidh airson C 1s, O 1s agus Si 2p air an sealltainn ann am Figearan 5, 6, 7 agus 8 agus Clàr 2, 6, 7 agus 8 fa leth. Tha na luachan lùth ceangail a fhuaireadh le XPS air an geàrr-chunntas ann an Clàr 2. Mar a chithear bho Fhigear 5, chaidh mullaichean follaiseach Si 2s agus Si 2p fhaicinn ann an SATEOS1 agus SATEOS6, far an do thachair meanbh-chapsulachadh den t-slige SiO2. Tha luchd-rannsachaidh roimhe air aithris a dhèanamh air mullaich Si 2s coltach ri 155.1 eV54. Tha làthaireachd mhullaichean Si ann an SATEOS1 (Figear 5b) agus SATEOS6 (Figear 5c) a’ dearbhadh an dàta FT-IR (Figear 3) agus XRD (Figear 4).
Mar a chithear ann am Figear 6a, tha trì prìomh-stuthan eadar-dhealaichte aig C1s de SA mòr-chuid de CC, caliphatic, agus O=C=O aig an lùth ceangail, is iad sin 284.5 eV, 285.2 eV, agus 289.5 eV, fa leth. Chaidh prìomh-stuthan C–C, caliphatic agus O=C=O fhaicinn ann an SATEOS1 cuideachd (Figear 6b) agus SATEOS6 (Figear 6c) agus tha iad air an geàrr-chunntas ann an Clàr 2. A bharrachd air an seo, tha prìomh-stuth C1s cuideachd a’ freagairt ri prìomh-stuth Si-C a bharrachd aig 283.1 eV (SATEOS1) agus 283.5 eV (SATEOS6). Tha na lùths ceangail a chaidh fhaicinn againn airson C–C, caliphatic, O=C=O agus Si–C a’ freagairt gu math ri stòran eile55,56.
Tha speactraman XPS O 1 SA, SATEOS1 agus SATEOS6 air an sealltainn ann am Figearan 7a–c, fa leth. Tha bàrr O 1s SA mòr-chuid air a dhì-cho-fhillteachadh agus tha dà bhàrr ann, is iad sin C=O/C–O (531.9 eV) agus C–O–H (533.0 eV), agus tha O 1 SATEOS1 agus SATEOS6 cunbhalach. Chan eil ann ach trì bàrr: C=O/C–O, C–O–H agus Si–OH55,57,58. Bidh lùth ceangail O 1s ann an SATEOS1 agus SATEOS6 ag atharrachadh beagan an taca ri SA mòr-chuid, a tha co-cheangailte ri atharrachadh anns a’ phìos cheimigeach mar thoradh air làthaireachd SiO2 agus Si-OH anns an stuth slige.
Tha speactraman Si 2p XPS de SATEOS1 agus SATEOS6 air an sealltainn ann am Figear 8a agus b, fa leth. Ann an CA mòr-chuid, cha deach Si 2p fhaicinn air sgàth dìth SiO2. Tha bàrr Si 2p a’ freagairt ri 105.4 eV airson SATEOS1 agus 105.0 eV airson SATEOS6, a tha a’ freagairt ri Si-O-Si, agus tha bàrr SATEOS1 aig 103.5 eV agus bàrr SATEOS6 aig 103.3 eV, a tha a’ freagairt ri Si-OH55. Nochd freagairt bàrr Si-O-Si agus Si-OH ann an SATEOS1 agus SATEOS6 meanbh-chapsuladh soirbheachail de SiO2 air uachdar cridhe SA.
Tha morf-eòlas an stuth meanbh-chapsail glè chudromach, a’ toirt buaidh air so-leaghadh, seasmhachd, ath-ghnìomhachd cheimigeach, comas sruthadh agus neart59. Mar sin, chaidh SEM a chleachdadh gus morf-eòlas SA mòr (100×) agus SA meanbh-chapsail (500×) a chomharrachadh, mar a chithear ann am Figear 9. Mar a chithear bho Fhigear 9a, tha cumadh elipteach aig bloc an SA. Tha meud nam mìrean nas àirde na 500 micron. Ach, aon uair ‘s gu bheil am pròiseas meanbh-chapsail a’ leantainn, bidh am morf-eòlas ag atharrachadh gu mòr, mar a chithear ann am Figearan 9 b–g.
Dealbhan SEM de (a) SA (×100), (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 agus (g) SATEOS6 aig ×500.
Anns an sampall SATEOS1, chithear mìrean SA nas lugha, leth-chruinneach, air am pasgadh le SiO2 le uachdar garbh (Figear 9b), a dh’ fhaodadh a bhith mar thoradh air hydrolysis agus polymerization dùmhlachaidh TEOS air uachdar an SA, a’ luathachadh sgaoileadh luath mholacilean ethanol. Mar thoradh air an sin, tha mìrean SiO2 air an tasgadh agus chithear cruinneachadh52,60. Tha an t-slige SiO2 seo a’ toirt neart meacanaigeach do na mìrean CA meanbh-chapsail agus cuideachd a’ cur casg air aodion CA leaghte aig teòthachdan nas àirde10. Tha an toradh seo a’ nochdadh gum faodar meanbh-chapsalan SA anns a bheil SiO2 a chleachdadh mar stuthan stòraidh lùtha a dh’fhaodadh a bhith ann61. Mar a chithear bho Fhigear 9b, tha sgaoileadh mìrean èideadh aig an sampall SATEOS1 le sreath tiugh SiO2 a’ cuairteachadh an SA. Tha meud mìrean an SA meanbh-chapsail (SATEOS1) timcheall air 10–20 μm (Figear 9b), a tha gu math nas lugha an taca ri SA mòr-chuid air sgàth an t-susbaint SA nas ìsle. Tha tiughas an t-sreath mhicrocapsal mar thoradh air hydrolysis agus poileimearachadh dùmhlachaidh an fhuasglaidh ro-ruithear. Bidh cruinneachadh a’ tachairt aig dòsan nas ìsle de SA, ie suas ri 15 g (Figear 9b-d), ach cho luath ‘s a thèid an dòs àrdachadh, chan fhaicear cruinneachadh sam bith, ach chithear mìrean cruinn soilleir (Figear 9e-g) 62.
A bharrachd air sin, nuair a bhios an ìre de surfactant SLS seasmhach, bidh buaidh aig susbaint SA (SATEOS1, SATEOS2 agus SATEOS3) cuideachd air èifeachdas, cumadh agus sgaoileadh meud nam mìrean. Mar sin, chaidh a lorg gu robh meud mìrean nas lugha, sgaoileadh èideadh agus uachdar dùmhail aig SATEOS1 (Figear 9b), a chaidh a chur às leth nàdar hydrophilic SA a’ brosnachadh niùclasachadh àrd-sgoile fo surfactant seasmhach63. Thathas a’ creidsinn le bhith ag àrdachadh susbaint SA bho 5 gu 15 g (SATEOS1, SATEOS2 agus SATEOS3) agus a’ cleachdadh meud cunbhalach de surfactant, ie 0.10 g SLS (Clàr 1), gun lùghdaich tabhartas gach mìrean den mholaciul surfactant, agus mar sin a’ lughdachadh meud nam mìrean agus meud nam mìrean. Tha sgaoileadh SATEOS2 (Figear 9c) agus SATEOS3 (Figear 9d) eadar-dhealaichte bho sgaoileadh SATEOS 1 (Figear 9b).
An coimeas ri SATEOS1 (Figear 9b), sheall SATEOS2 morf-eòlas dùmhail de SA meanbh-cheapsail agus mheudaich meud nam mìrean (Figear 9c). Tha seo mar thoradh air cruinneachadh 49, a lùghdaicheas an ìre dùmhlachd (Figear 2b). Mar a bhios meud an SC ag àrdachadh le SLS ag àrdachadh, bidh na meanbh-chapsalan rim faicinn gu soilleir, mar a chithear ann am Figear. mar a tha cruinneachadh a’ tachairt. A bharrachd air an sin, tha Figearan 9e–g a’ sealltainn gu bheil na mìrean uile gu soilleir cruinn ann an cumadh agus meud. Chaidh aithneachadh, ann an làthair meudan mòra de SA, gum faighear meud iomchaidh de oligomers silica, ag adhbhrachadh dùmhlachd agus cruinneachadh iomchaidh agus mar sin cruthachadh meanbh-chapsalan soilleir-mhìnichte49. Bho thoraidhean an SEM, tha e soilleir gun do chruthaich SATEOS6 meanbh-chapsalan co-fhreagarrach an taca ri meud beag de SA.
Tha toraidhean speactroscopaidh X-ghathan sgapadh lùtha (EDS) de SA mòr-chuid agus SA meanbh-chapsal air an taisbeanadh ann an Clàr 3. Mar a chithear bhon chlàr seo, tha susbaint an Si a’ lùghdachadh mean air mhean bho SATEOS1 (12.34%) gu SATEOS6 (2.68%). Àrdachadh ann an SA. Mar sin, is urrainn dhuinn a ràdh gu bheil àrdachadh ann an ìre SA ag adhbhrachadh lùghdachadh ann an tasgadh SiO2 air uachdar an SA. Chan eil luachan cunbhalach ann airson susbaint C agus O ann an Clàr 3 air sgàth an sgrùdaidh leth-chainnideach air EDS51. Bha susbaint Si SA meanbh-chapsalaichte co-cheangailte ri toraidhean FT-IR, XRD agus XPS.
Tha giùlan leaghaidh is cruadhachaidh SA mòr-chuid a bharrachd air SA meanbh-cheapsail le slige SiO2 air a shealltainn ann am Figearan 1 agus 2. Tha iad air an sealltainn ann am Figearan 10 agus 11 fa leth, agus tha an dàta teirmeach air a shealltainn ann an Clàr 4. Chaidh faighinn a-mach gu robh teòthachdan leaghaidh is cruadhachaidh SA meanbh-cheapsail eadar-dhealaichte. Mar a bhios meud an SA ag àrdachadh, bidh na teòthachdan leaghaidh is cruadhachaidh ag àrdachadh agus a’ tighinn faisg air luachan SA mòr-chuid. Às deidh meanbh-cheapsail SA, bidh balla an t-silica ag àrdachadh teòthachd a’ chriostalachaidh, agus bidh a bhalla ag obair mar chridhe gus neo-chunbhalachd adhartachadh. Mar sin, mar a bhios meud an SA ag àrdachadh, bidh na teòthachdan leaghaidh (Figear 10) agus cruadhachaidh (Figear 11) ag àrdachadh mean air mhean cuideachd49,51,64. Am measg nan sampallan SA meanbh-cheapsail uile, sheall SATEOS6 na teòthachdan leaghaidh is cruadhachaidh as àirde, agus an uairsin SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2, agus SATEOS1.
Tha SATEOS1 a’ sealltainn a’ phuing leaghaidh as ìsle (68.97 °C) agus an teòthachd cruadhachaidh (60.60 °C), a tha mar thoradh air meud nas lugha nan gràinean anns a bheil gluasad gràinean SA taobh a-staigh nam meanbh-chapsalan glè bheag agus tha slige SiO2 a’ cruthachadh sreath thiugh agus mar sin a’ cuingealachadh sìneadh agus gluasad49. Tha an teòiridh seo co-cheangailte ri toraidhean an SEM, far an do sheall SATEOS1 meud nas lugha nan gràinean (Figear 9b), a tha mar thoradh air gu bheil moileciuilean SA air an cuingealachadh taobh a-staigh raon glè bheag de na meanbh-chapsalan. Tha an diofar ann an teòthachd leaghaidh is cruadhachaidh a’ phrìomh mhais, a bharrachd air a h-uile meanbh-chapsal SA le sligean SiO2, anns an raon 6.10–8.37 °C. Tha an toradh seo a’ nochdadh gum faodar SA meanbh-chapsalaichte a chleachdadh mar stuth stòraidh lùtha a dh’fhaodadh a bhith ann air sgàth deagh ghiùlan teirmeach slige SiO2 65.
Mar a chithear bho Chlàr 4, tha an enthalpy as àirde aig SATEOS6 am measg nan SCan uile a tha air am microcapsulachadh (Figear 9g) air sgàth an capsulachaidh cheart a chithear le SEM. Faodar an ìre pacaidh SA obrachadh a-mach le bhith a’ cleachdadh co-aontar (1). (1) Le bhith a’ dèanamh coimeas eadar dàta teas falaichte SA49 a tha air a microcapsulachadh.
Tha an luach R a’ riochdachadh ìre an in-ghabhail (%) de SC meanbh-in-ghabhailte, tha ΔHMEPCM,m a’ riochdachadh teas falaichte leaghadh SC meanbh-in-ghabhailte, agus tha ΔHPCM,m a’ riochdachadh teas falaichte leaghadh SC. A bharrachd air an sin, tha èifeachdas pacaidh (%) air a thomhas mar pharamadair teicnigeach cudromach eile, mar a chithear ann an Co-aontar (1). (2)49.
Tha an luach E a’ riochdachadh èifeachdas encapsulation (%) de CA meanbh-encapsulaichte, tha ΔHMEPCM,s a’ riochdachadh teas falaichte leigheis CA meanbh-encapsulaichte, agus tha ΔHPCM,s a’ riochdachadh teas falaichte leigheis CA.
Mar a chithear ann an Clàr 4, tha ìre pacaidh agus èifeachdas SATEOS1 71.89% agus 67.68%, fa leth, agus tha ìre pacaidh agus èifeachdas SATEOS6 90.86% agus 86.68%, fa leth (Clàr 4). Tha sampall SATEOS6 a’ taisbeanadh an co-èifeachd agus èifeachdas encapsulation as àirde am measg nan SA uile a tha air an microcapsulachadh, a’ nochdadh a chomas teirmeach àrd. Mar sin, tha feum air mòran lùtha airson gluasad bho chruaidh gu leaghan. A bharrachd air an sin, tha an diofar ann an teòthachd leaghaidh is cruadhachaidh nan uile microcapsules SA agus SA mòr-chuid rè a’ phròiseas fuarachaidh a’ nochdadh gu bheil an t-slige silica air a chuingealachadh gu spàsail rè co-chur microcapsules. Mar sin, tha na toraidhean a’ sealltainn mar a bhios meud an SC ag àrdachadh, gu bheil an ìre encapsulation agus èifeachdas ag àrdachadh mean air mhean (Clàr 4).
Tha lùban TGA de SA mòr-chuid agus SA meanbh-chapsal le slige SiO2 (SATEOS1, SATEOS3 agus SATEOS6) air an sealltainn ann am Figear 12. Chaidh feartan seasmhachd teirmeach SA mòr-chuid (SATEOS1, SATEOS3 agus SATEOS6) a choimeas ri sampallan meanbh-chapsalaichte. Tha e soilleir bhon lùb TGA gu bheil call cuideim SA mòr-chuid a bharrachd air SA meanbh-chapsalaichte a’ sealltainn lùghdachadh rèidh agus glè bheag bho 40°C gu 190°C. Aig an teòthachd seo, chan eil SC mòr-chapsalaichte a’ dol tro lobhadh teirmeach, ach bidh SC meanbh-chapsalaichte a’ leigeil a-mach uisge adsorbaichte eadhon an dèidh tiormachadh aig 45°C airson 24 uair a thìde. Mar thoradh air an seo, bha call cuideim beag ann,49 ach nas fhaide na an teòthachd seo thòisich an stuth a’ lobhadh. Aig susbaint SA nas ìsle (ie SATEOS1), tha susbaint an uisge adsorbaichte nas àirde agus mar sin tha call mais suas gu 190°C nas àirde (inset ann am Figear 12). Cho luath ‘s a dh’èireas an teòthachd os cionn 190 °C, tòisichidh an sampall a’ call mais air sgàth phròiseasan lobhadh. Bidh SA mòr a’ tòiseachadh a’ lobhadh aig 190 °C agus chan eil ach 4% air fhàgail aig 260 °C, ach bidh SATEOS1, SATEOS3 agus SATEOS6 a’ cumail 50%, 20% agus 12% aig an teòthachd seo, fa leth. Às dèidh 300 °C, bha call mais SA mòr timcheall air 97.60%, agus bha call mais SATEOS1, SATEOS3, agus SATEOS6 timcheall air 54.20%, 82.40%, agus 90.30%, fa leth. Le àrdachadh ann an susbaint SA, bidh susbaint SiO2 a’ lùghdachadh (Clàr 3), agus chithear tanachadh na slige anns an SEM (Figear 9). Mar sin, tha call cuideim SA meanbh-chapsailichte nas ìsle an taca ri SA mòr-chuid, a tha air a mhìneachadh le feartan fàbharach slige SiO2, a bhrosnaicheas cruthachadh sreath silicate-carbonaceous air uachdar SA, agus mar sin a’ dealachadh cridhe an SA agus a’ slaodadh sìos leigeil ma sgaoil nan toraidhean luaineach a thig às.10. Tha an sreath gual seo a’ cruthachadh cnap-starra dìon corporra rè lobhadh teirmeach, a’ cuingealachadh gluasad mholacilean lasanta a-steach don ìre gasach66,67. A bharrachd air an seo, chì sinn cuideachd toraidhean call cuideim cudromach: tha luachan nas ìsle aig SATEOS1 an taca ri SATEOS3, SATEOS6 agus SA. Tha seo air sgàth gu bheil an ìre de SA ann an SATEOS1 nas lugha na ann an SATEOS3 agus SATEOS6, far a bheil an t-slige SiO2 a’ cruthachadh sreath thiugh. An coimeas ri sin, ruigidh call cuideim iomlan SA mòr-chuid 99.50% aig 415 °C. Ach, sheall SATEOS1, SATEOS3, agus SATEOS6 call cuideim de 62.50%, 85.50%, agus 93.76%, fa leth, aig 415 °C. Tha an toradh seo a’ nochdadh gu bheil cur-ris TEOS a’ leasachadh lobhadh SA le bhith a’ cruthachadh sreath SiO2 air uachdar SA. Faodaidh na sreathan sin bacadh dìon corporra a chruthachadh, agus mar sin chithear leasachadh ann an seasmhachd teirmeach CA meanbh-chapsail.
Tha na toraidhean earbsachd teirmeach de SA mòr-chuid agus an sampall meanbh-cheapsail as fheàrr (ie SATEOS 6) an dèidh 30 cearcall teasachaidh is fuarachaidh de DSC51,52 air an sealltainn ann am Figear 13. Chithear nach eil eadar-dhealachadh sam bith ann an teòthachd leaghaidh, cruadhachadh agus luach enthalpy aig SA mòr-chuid (Figear 13a), agus nach eil eadar-dhealachadh sam bith ann an teòthachd agus luach enthalpy aig SATEOS6 (Figear 13b) eadhon an dèidh an 30mh cearcall teasachaidh agus am pròiseas fuarachaidh. Sheall SA mòr-chuid puing leaghaidh de 72.10 °C, teòthachd cruadhachaidh de 64.69 °C, agus b’ e 201.0 J/g agus 194.10 J/g, fa leth, teas leaghaidh is cruadhachaidh an dèidh a’ chiad chearcall. An dèidh an 30mh cearcall, thuit puing leaghaidh nan luachan sin gu 71.24 °C, thuit an teòthachd cruadhachaidh gu 63.53 °C, agus thuit an luach enthalpy 10%. Tha atharrachaidhean ann an teòthachd leaghaidh is cruadhachaidh, a bharrachd air lùghdachadh ann an luachan enthalpy, a’ nochdadh nach eil CA mòr-chuid earbsach airson tagraidhean neo-mhicro-chapsal. Ach, às deidh micro-chapsal ceart tachairt (SATEOS6), chan eil na teòthachdan leaghaidh is cruadhachaidh agus na luachan enthalpy ag atharrachadh (Figear 13b). Aon uair ‘s gu bheil e air a mhicro-chapsalachadh le sligean SiO2, faodar SA a chleachdadh mar stuth atharrachadh ìre ann an tagraidhean teirmeach, gu sònraichte ann an togail, air sgàth na teòthachdan leaghaidh is cruadhachaidh as fheàrr aige agus enthalpy seasmhach.
Lùban DSC a fhuaireadh airson sampallan SA (a) agus SATEOS6 (b) aig a’ chiad agus an 30mh cearcall teasachaidh is fuarachaidh.
Anns an sgrùdadh seo, chaidh sgrùdadh siostamach a dhèanamh air meanbh-chapsalachadh a’ cleachdadh SA mar an stuth cridhe agus SiO2 mar an stuth slige. Tha TEOS air a chleachdadh mar ro-ruithear gus sreath taice SiO2 agus sreath dìona a chruthachadh air uachdar SA. Às deidh co-chur soirbheachail de SA meanbh-chapsalaichte, sheall toraidhean FT-IR, XRD, XPS, SEM agus EDS gu robh SiO2 an làthair. Tha mion-sgrùdadh SEM a’ sealltainn gu bheil mìrean cruinn-eòlasach soilleir air an cuairteachadh le sligean SiO2 air uachdar SA aig an sampall SATEOS6. Ach, tha MEPCM le susbaint SA nas ìsle a’ nochdadh cruinneachadh, a lughdaicheas coileanadh PCM. Sheall mion-sgrùdadh XPS gu robh Si-O-Si agus Si-OH an làthair anns na sampallan meanbh-chapsal, a nochd adsorption SiO2 air uachdar SA. A rèir an anailis coileanaidh teirmeach, tha SATEOS6 a’ sealltainn a’ chomas stòraidh teas as gealltanach, le teòthachd leaghaidh is cruadhachaidh de 70.37°C agus 64.27°C, fa leth, agus teas falaichte leaghaidh is cruadhachaidh de 182.53 J/g agus 160.12 J/g. G. fa leth. Is e 86.68% an èifeachdas pacaidh as àirde aig SATEOS6. Dhearbh anailis cearcall teirmeach TGA agus DSC gu bheil deagh sheasmhachd is earbsachd teirmeach aig SATEOS6 fhathast eadhon an dèidh 30 pròiseas teasachaidh is fuarachaidh.
Yang T., Wang XY agus Li D. Mion-sgrùdadh Coileanaidh air Siostam Adsorption Co-dhèanta Gas-Chruaidh Teirmeach-cheimigeach airson Stòradh Lùth Teirmeach agus Leasachadh air a Èifeachdas. tagradh. teth. innleadair. 150, 512–521 (2019).
Farid, MM, Khudhair, AM, Razak, S. agus Al-Hallaj, S. Lèirmheas air stòradh lùtha atharrachadh ìre: stuthan agus tagraidhean. Tionndair lùtha. Manaidsear. 45, 1597–1615 (2004).
Regin AF, Solanki SS agus Saini JS Coileanadh gluasaid teas siostaman stòraidh lùth teirmeach a’ cleachdadh capsalan PCM: lèirmheas. ùrachadh. taic. Energy Rev 12, 2438–2458 (2008).
Liu, M., Saman, W. agus Bruno, F. Ath-sgrùdadh air Stuthan Stòraidh agus Teicneòlasan Leasachaidh Coileanaidh Teirmeach airson Siostaman Stòraidh Teirmeach Atharrachadh Ìre Teòthachd Àrd. ùrachadh. taic. Energy Rev 16, 2118–2132 (2012).
Fang Guoying, Li Hong, Liu Xiang, Wu SM Ullachadh agus comharrachadh stuthan atharrachaidh ìre n-tetradecane lùth teirmeach nanocapsulated. Chemical. engineer. J. 153, 217–221 (2009).
Mu, B. agus Li, M. Co-chur stuthan co-dhèanta ùra seasmhach ann an cumadh a’ cleachdadh aerogels grafein atharraichte airson tionndadh agus stòradh lùth na grèine. Stuthan lùtha Sol. Sol. Cell 191, 466–475 (2019).
Huang, K., Alva, G., Jia, Y., agus Fang, G. Comharrachadh morf-eòlach agus cleachdadh stuthan atharrachaidh ìre ann an stòradh lùth teirmeach: lèirmheas. ùrachadh. taic. Deasaiche Lùtha. 72, 128–145 (2017).