Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon sa browser nga imong gigamit adunay limitado nga suporta sa CSS. Para sa labing maayong resulta, among girekomendar nga mogamit ka og mas bag-ong bersyon sa imong browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Samtang, aron masiguro ang padayon nga suporta, among gipakita ang site nga walay styling o JavaScript.
Ang stearic acid (SA) gigamit isip phase change material (PCM) sa mga energy storage device. Niini nga pagtuon, ang sol-gel method gigamit sa pag-microencapsulate sa SiO2 shell surfactant. Nagkalain-laing kantidad sa SA (5, 10, 15, 20, 30, ug 50 g) ang gi-encapsulate sa 10 mL sa tetraethyl orthosilicate (TEOS). Ang synthesized microencapsulated phase change material (MEPCM) gi-characterize pinaagi sa Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), ug scanning electron microscopy (SEM). Ang resulta sa characterization nagpakita nga ang SA malampusong na-encapsulate sa SiO2. Ang Thermogravimetric analysis (TGA) nagpakita nga ang MEPCM adunay mas maayong thermal stability kaysa CA. Gamit ang differential scanning calorimetry (DSC), nakit-an nga ang enthalpy value sa MEPCM wala mausab bisan human sa 30 ka heating-cooling cycles. Sa tanang microencapsulated samples, 50 g sa SA nga adunay MEPCM ang adunay pinakataas nga latent heat sa pagkatunaw ug pagka-solid, nga 182.53 J/g ug 160.12 J/g, matag usa. Ang package efficiency value gikalkulo gamit ang thermal data ug ang pinakataas nga efficiency nakit-an alang sa parehas nga sample nga 86.68%.
Gibana-bana nga 58% sa enerhiya nga gigamit sa industriya sa konstruksyon gigamit sa pagpainit ug pagpabugnaw sa mga bilding1. Busa, ang labing gikinahanglan mao ang paghimo og episyente nga mga sistema sa enerhiya nga nagkonsiderar sa polusyon sa kalikopan2. Ang teknolohiya sa latent heat nga naggamit og mga phase change materials (PCM) makatipig og taas nga enerhiya sa ubos nga pag-usab-usab sa temperatura3,4,5,6 ug mahimong kaylap nga magamit sa mga natad sama sa pagbalhin sa kainit, pagtipig sa enerhiya sa solar, aerospace ug air conditioning7,8,9. Ang PCM mosuhop sa enerhiya sa kainit gikan sa gawas sa bilding sa maadlaw ug mopagawas sa enerhiya sa gabii10. Busa, ang mga materyales sa phase change girekomenda isip mga materyales sa pagtipig sa enerhiya sa kainit. Dugang pa, adunay lain-laing mga klase sa PCM sama sa solid-solid, solid-liquid, liquid-gas ug solid-gas11. Lakip niini, ang labing popular ug kanunay nga gigamit nga mga materyales sa phase change mao ang solid-solid phase change materials ug solid-liquid phase change materials. Bisan pa, ang ilang aplikasyon lisud kaayo tungod sa dako nga volumetric changes sa liquid-gas ug solid-gas phase transition materials.
Ang PCM adunay lain-laing mga aplikasyon tungod sa mga kabtangan niini: kadtong matunaw sa temperatura nga ubos sa 15°C magamit sa mga sistema sa air conditioning aron mapadayon ang bugnaw nga temperatura, ug kadtong matunaw sa temperatura nga labaw sa 90°C magamit sa mga sistema sa pagpainit aron malikayan ang sunog12. Depende sa aplikasyon ug melting point range, lain-laing mga materyales sa pagbag-o sa hugna ang gi-synthesize gikan sa lain-laing mga organiko ug dili organikong kemikal13,14,15. Ang paraffin mao ang labing kasagarang gigamit nga materyal sa pagbag-o sa hugna nga adunay taas nga latent heat, dili-corrosiveness, kaluwasan ug usa ka halapad nga melting point range16,17,18,19,20,21.
Apan, tungod sa ubos nga thermal conductivity sa mga materyales nga nag-usab sa phase, kinahanglan kini nga isulod sa usa ka shell (panggawas nga layer) aron malikayan ang pagtulo sa base nga materyal atol sa proseso sa pag-usab sa phase22. Dugang pa, ang mga sayop sa operasyon o eksternal nga presyur makadaot sa gawas nga layer (cladding), ug ang tinunaw nga materyal nga nag-usab sa phase mahimong mo-react sa mga materyales sa pagtukod, nga hinungdan sa pagkaguba sa mga naka-embed nga steel bar, sa ingon makunhuran ang pagka-serbisyo sa bilding23. Busa, importante ang pag-synthesize sa mga encapsulated nga materyales nga nag-usab sa phase nga adunay igo nga materyal sa shell, nga makasulbad sa mga problema sa ibabaw24.
Ang microencapsulation sa mga materyales nga nag-usab-usab sa hugna epektibong makapausbaw sa pagbalhin sa kainit ug makapamenos sa reaktibidad sa palibot, ug makakontrol sa mga pagbag-o sa gidaghanon. Nagkalain-laing mga pamaagi ang naugmad alang sa PCM encapsulation, nga mao ang interfacial polymerization25,26,27,28, in situ polymerization29,30,31,32, coacervation33,34,35 ug mga proseso sa sol-gel36,37,38,39. Ang formaldehyde resin mahimong gamiton alang sa microencapsulation40,41,42,43. Ang melamine-formaldehyde ug urea-formaldehyde resins gigamit isip mga materyales sa kabhang, nga kasagarang mopagawas ug makahilong formaldehyde atol sa operasyon. Busa, kini nga mga materyales gidili nga gamiton sa mga proseso sa pagputos. Bisan pa, ang mga materyales nga nag-usab-usab sa hugna nga mahigalaon sa kalikopan alang sa scalable thermal energy storage mahimong ma-synthesize gamit ang hybrid nanocapsules nga gibase sa fatty acids ug lignin 44.
Si Zhang et al 45 et al nag-synthesize og lauric acid gikan sa tetraethyl orthosilicate ug nakahinapos nga samtang motaas ang volume ratio sa methyltriethoxysilane ngadto sa tetraethyl orthosilicate, mokunhod ang latent heat ug motaas ang surface hydrophobicity. Ang Lauric acid mahimong usa ka potensyal ug epektibo nga core material para sa kapok fibers46. Dugang pa, si Latibari et al. 47 nag-synthesize og stearic acid-based PCMs gamit ang TiO2 isip shell material. Si Zhu et al. nag-andam og n-octadecane ug silicone nanocapsules isip potensyal nga PCMs48. Gikan sa usa ka pagrepaso sa literatura, lisod sabton ang girekomendar nga dosis para sa pagporma og epektibo ug lig-on nga microencapsulated phase change materials.
Busa, sa nahibaloan sa mga awtor, ang gidaghanon sa materyal nga phase change nga gigamit para sa microencapsulation usa ka importante nga parameter para sa paghimo og episyente ug lig-on nga microencapsulated phase change nga mga materyales. Ang paggamit og lain-laing gidaghanon sa mga materyales sa phase change magtugot kanato sa pagpatin-aw sa lain-laing mga kabtangan ug kalig-on sa mga materyales sa microencapsulated phase change. Ang stearic acid (fatty acid) usa ka mahigalaon sa kalikopan, importante sa medisina ug ekonomikanhon nga substansiya nga magamit sa pagtipig sa thermal energy tungod kay kini adunay taas nga enthalpy value (~200 J/g) ug makasugakod sa temperatura hangtod sa 72 °C. Dugang pa, ang SiO2 dili masunog, naghatag og mas taas nga mekanikal nga kusog, thermal conductivity ug mas maayo nga kemikal nga resistensya sa mga core nga materyales, ug naglihok isip pozzolanic nga materyal sa konstruksyon. Kung ang semento isagol sa tubig, ang dili maayo nga pagka-encapsulate nga mga PCM mahimong mabuak tungod sa mekanikal nga pagkaguba ug taas nga temperatura (kainit sa hydration) nga namugna sa dagkong mga istruktura sa konkreto. Busa, ang paggamit sa microencapsulated CA nga adunay SiO2 shell makasulbad niini nga problema. Busa, ang tumong niini nga pagtuon mao ang pag-imbestiga sa performance ug efficiency sa mga PCM nga gi-synthesize pinaagi sa sol-gel process sa mga aplikasyon sa konstruksyon. Niini nga trabaho, sistematiko namong gitun-an ang lain-laing kantidad sa SA (isip base material) nga 5, 10, 15, 20, 30 ug 50 g nga gi-encapsulate sa SiO2 shells. Usa ka fixed amount sa tetraethylorthosilicate (TEOS) sa volume nga 10 ml ang gigamit isip precursor solution para sa pagporma sa SiO2 shell.
Ang reactive grade stearic acid (SA, C18H36O2, melting point: 72°C) isip core material gipalit gikan sa Daejung Chemical & Metals Co., Ltd., Gyeonggi-do, South Korea. Ang Tetraethylorthosilicate (TEOS, C8H20O4Si) isip precursor solution gipalit gikan sa Acros Organics, Geel, Belgium. Dugang pa, ang absolute ethanol (EA, C2H5OH) ug sodium lauryl sulfate (SLS, C12H25NaO4S) gipalit gikan sa Daejung Chemical & Metals Co., Ltd, Gyeonggi-do, South Korea, ug gigamit isip solvents ug surfactants, matag usa. Ang distilled water gigamit usab isip solvent.
Lain-laing gidaghanon sa SA ang gisagol uban sa lain-laing proporsyon sa sodium lauryl sulfate (SLS) sa 100 mL nga distilled water gamit ang magnetic stirrer sa 800 rpm ug 75 °C sulod sa 1 ka oras (Talaan 1). Ang mga emulsyon sa SA gibahin sa duha ka grupo: (1) 5, 10 ug 15 g sa SA ang gisagol sa 0.10 g sa SLS sa 100 ml nga distilled water (SATEOS1, SATEOS2 ug SATEOS3), (2) 20, 30 ug 50 g sa SA ang gisagol sa 0.15, 0.20 ug 0.25 g sa SLS ang gisagol sa 100 ml nga distilled water (SATEOS4, SATEOS5 ug SATEOS6). 0.10 g SLS ang gigamit uban sa 5, 10 ug 15 g sa SA aron maporma ang tagsa-tagsa ka emulsyon. Sunod niini, gisugyot nga dugangan ang gidaghanon sa SLS para sa SATEOS4, SATEOS5 ug SATEOS6. Ang Talaan 1 nagpakita sa mga ratio sa CA ug SLS nga gigamit aron makakuha og lig-on nga mga solusyon sa emulsyon.
Ibutang ang 10 ml nga TEOS, 10 ml nga ethanol (EA) ug 20 ml nga distilled water sa usa ka 100 ml nga beaker. Aron tun-an ang encapsulation efficiency sa lain-laing ratios sa SA ug SiO2 shells, ang synthesis coefficient sa tanang samples girekord. Ang sagol gikutaw gamit ang magnetic stirrer sa 400 rpm ug 60°C sulod sa 1 ka oras. Ang precursor solution gidugang dayon pinaagi sa pagtulo ngadto sa giandam nga SA emulsion, gikutaw pag-ayo sa 800 rpm ug 75 °C sulod sa 2 ka oras, ug gisala aron makakuha og puti nga powder. Ang puti nga powder gihugasan gamit ang distilled water aron makuha ang nahabilin nga SA ug gipauga sa vacuum oven sa 45°C sulod sa 24 ka oras. Tungod niini, usa ka microencapsulated SC nga adunay shell sa SiO2 ang nakuha. Ang tibuok proseso sa synthesis ug pag-andam sa microencapsulated SA gipakita sa Figure 1.
Ang mga SA microcapsule nga adunay SiO2 shell giandam pinaagi sa sol-gel method, ug ang ilang encapsulation mechanism gipakita sa Figure 2. Ang unang lakang naglakip sa pag-andam sa SA emulsion sa usa ka aqueous solution nga adunay SLS isip surfactant. Niini nga kaso, ang hydrophobic end sa SA molecule motapot sa SLS, ug ang hydrophilic end sa water molecules, nga moporma og stable emulsion. Busa, ang hydrophobic moieties sa SLS mapanalipdan ug motabon sa nawong sa SA droplet. Sa laing bahin, ang hydrolysis sa TEOS solutions hinay nga mahitabo sa mga molecule sa tubig, nga mosangpot sa pagporma sa hydrolyzed TEOS sa presensya sa ethanol (Fig. 2a) 49,50,51. Ang hydrolyzed TEOS moagi sa condensation reaction, diin ang n-hydrolyzed TEOS moporma og silica clusters (Fig. 2b). Ang silica clusters gi-encapsulate sa SA52 sa presensya sa SLS (Fig. 2c), nga gitawag og microencapsulation process.
Eskematikong dayagram sa microencapsulation sa CA nga adunay kabhang sa SiO2 (a) hydrolysis sa TEOS (b) condensation sa hydrolyzate ug (c) encapsulation sa CA nga adunay kabhang sa SiO2.
Ang kemikal nga pag-analisa sa bulk SA ug microencapsulated SA gihimo gamit ang Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR, Perkin Elmer UATR Two, USA) ug ang mga spectra natala sa range gikan sa 500 hangtod 4000 cm-1.
Usa ka X-ray diffractometer (XRD, D/MAX-2500, Rigaku, Japan) ang gigamit sa pag-analisa sa bulk SA phases ug microcapsule materials. Ang X-ray structural scanning gihimo sa range nga 2θ = 5°–95° nga may scanning speed nga 4°/min, gamit ang Cu-Kα radiation (λ = 1.541 Å), operating conditions nga 25 kV ug 100 mA, sa continuous scanning mode. Ang mga X-ray images gihimo sa range nga 2θ = 5–50°, tungod kay walay peak nga naobserbahan human sa 50° sa tanang sample.
Ang X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, Scienta Omicron R3000, USA) gihimo gamit ang Al Kα (1486.6 eV) isip tinubdan sa X-ray aron masabtan ang kemikal nga kahimtang sa bulk SA ingon man ang mga elemento nga anaa sa encapsulation material. Ang nakolekta nga XPS spectra gi-calibrate sa C 1s peak gamit ang exotic carbon (binding energy 284.6 eV). Human sa background correction gamit ang Shirley method, ang high-resolution peaks sa matag elemento gi-deconvolute ug gi-fit sa Gaussian/Lorentzian functions gamit ang CASA XPS software.
Ang morpolohiya sa bulk SC ug microencapsulated SC gisusi gamit ang scanning electron microscopy (SEM, MIRA3, TESCAN, Brno, Czech Republic) nga adunay energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) sa 15 kV. Sa wala pa ang SEM imaging, ang mga sample giputos og platinum (Pt) aron malikayan ang mga epekto sa pag-charge.
Ang mga thermal properties (melting/solidication point ug latent heat) ug reliability (thermal cycling) gitino pinaagi sa differential scanning calorimetry (DSC, TA Instrument, Discovery DSC, Newcastle, USA) sa heating/cooling rate nga 10 °C/min sa 40 °C ug 90°C nga adunay padayon nga nitrogen purge. Ang weight loss analysis gihimo gamit ang TGA analyzer (TA Instrument, Discovery TGA, New Castle, USA) sa padayon nga pag-agos sa nitrogen nga nagsugod sa temperatura nga 40–600 °C, nga adunay heating rate nga 10 °C/min.
Ang Figure 3 nagpakita sa FTIR spectra sa bulk SC ingon man sa microencapsulated SC (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 ug SATEOS6). Ang mga absorption peak sa 2910 cm-1 ug 2850 cm-1 sa tanang sample (SA ingon man sa microencapsulated SA) gipahinungod sa symmetrical stretching vibrations sa –CH3 ug –CH2 groups, matag usa10,50. Ang peak sa 1705 cm–1 katumbas sa vibrational stretching sa C=O bond. Ang mga peak sa 1470 cm-1 ug 1295 cm-1 gipahinungod sa in-plane bending vibration sa –OH functional group, samtang ang mga peak sa 940 cm-1 ug 719 cm-1 katumbas sa in-plane vibration ug yield. -plane deformation vibration, matag usa – OH group. Ang mga peak sa pagsuhop sa SA sa 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 ug 719 cm-1 naobserbahan usab sa tanang microencapsulated SA. Dugang pa, usa ka bag-ong nadiskobrehan nga peak sa 1103 cm-1 nga katumbas sa antisymmetric stretching vibration sa Si-O-Si band ang naobserbahan sa SA microcapsule. Ang mga resulta sa FT-IR nahiuyon kang Yuan et al. 50. Malampuson nilang giandam ang microencapsulated SA sa ammonia/ethanol ratio ug nakit-an nga walay kemikal nga interaksyon nga nahitabo tali sa SA ug SiO2. Ang mga resulta sa kasamtangang pagtuon sa FT-IR nagpakita nga ang SiO2 shell malampuson nga naka-encapsulate sa SA (core) pinaagi sa proseso sa condensation ug polymerization sa hydrolyzed TEOS. Sa mas ubos nga SA content, ang peak intensity sa Si-O-Si band mas taas (Fig. 3b-d). Samtang ang gidaghanon sa SA motaas ngadto sa kapin sa 15 g, ang kakusog sa kinatumyan ug ang paglapad sa Si-O-Si band anam-anam nga mokunhod, nga nagpakita sa pagporma sa nipis nga lut-od sa SiO2 sa ibabaw sa SA.
FTIR spectra sa (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 ug (g) SATEOS6.
Ang mga XRD pattern sa bulk SA ug microencapsulated SA gipakita sa Figure 4. Ang mga XRD peak nahimutang sa 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° \((\overline {5}sumala sa JCPDS No. 0381923, 02)\), 21.42° sa tanang sample (311), 24.04° (602) ug 39.98° (913) gi-assign sa SA. Ang distortion ug hybridity sa bulk CA tungod sa dili sigurado nga mga hinungdan sama sa surfactant (SLS), uban pang nahabilin nga mga substansiya ug microencapsulation sa SiO250. Human mahitabo ang encapsulation, ang intensity sa mga nag-unang peak (300), (500), (311), ug (602) hinay-hinay nga mikunhod kon itandi sa bulk CA, nga nagpakita sa pagkunhod sa crystallinity sa sample.
Mga XRD pattern sa (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 ug (g) SATEOS6.
Ang intensity sa SATEOS1 mikunhod pag-ayo kon itandi sa ubang mga sample. Walay ubang mga peak nga naobserbahan sa tanang microencapsulated samples (Fig. 4b–g), nga nagpamatuod nga ang physical adsorption sa SiO252 imbes nga chemical interaction ang nahitabo sa SA surface. Dugang pa, nahinapos usab nga ang microencapsulation sa SA wala mosangpot sa pagpakita sa bisan unsang bag-ong mga istruktura. Ang SiO2 nagpabilin nga wala madaot sa SA surface nga walay bisan unsang kemikal nga reaksyon, ug samtang ang gidaghanon sa SA mikunhod, ang kasamtangang mga peak mahimong mas klaro (SATEOS1). Kini nga resulta nagpakita nga ang SiO2 nag-encapsulate sa SA surface. Ang peak sa (700) hingpit nga nawala, ug ang peak sa \((\overline{5}02)\) nahimong usa ka hump sa SATEOS 1 (Fig. 4b), nga nalangkit sa pagkunhod sa crystallinity ug pagtaas sa amorphism. Ang SiO2 kay amorphous sa kinaiya, busa ang mga peak nga naobserbahan gikan sa 2θ = 19° hangtod 25° adunay hump ug broadening53 (Fig. 4b–g), nga nagpamatuod sa paglungtad sa amorphous SiO252. Ang mas ubos nga diffraction peak intensity sa microencapsulated SA tungod sa nucleation effect sa silica inner wall ug sa limiting crystallization behavior49. Gituohan nga sa mas ubos nga SA content, usa ka mas baga nga silica shell ang maporma tungod sa presensya sa daghang TEOS, nga kadaghanan na-adsorb sa outer surface sa SA. Apan, samtang motaas ang gidaghanon sa SA, ang surface area sa SA droplets sa emulsion solution motaas ug mas daghang TEOS ang gikinahanglan para sa hustong encapsulation. Busa, sa mas taas nga SA content, ang SiO2 peak sa FT-IR mapugngan (Fig. 3), ug ang intensity sa diffraction peak duol sa 2θ = 19–25° sa XRF (Fig. 4) mokunhod ug ang expansion mokunhod usab. Dili makita. Apan, sama sa makita sa Figure 4, sa diha nga ang gidaghanon sa SA madugangan gikan sa 5 g (SATEOS1) ngadto sa 50 g (SATEOS6), ang mga peak mahimong hapit na kaayo sa bulk SA, ug ang peak sa (700) makita nga ang tanang peak intensities nailhan. Kini nga resulta nakig-uban sa mga resulta sa FT-IR, diin ang intensity sa SiO2 SATEOS6 peak mokunhod sa 1103 cm-1 (Fig. 3g).
Ang kemikal nga mga estado sa mga elemento nga anaa sa SA, SATEOS1 ug SATEOS6 gipakita sa Mga Hulagway 1 ug 2. Mga Hulagway 5, 6, 7 ug 8 ug Talaan 2. Ang mga scan sa pagsukod alang sa bulk SA, SATEOS1 ug SATEOS6 gipakita sa Hulagway 5 ug ang mga high resolution scan alang sa C 1s, O 1s ug Si 2p gipakita sa Mga Hulagway 5, 6, 7 ug 8 ug Talaan 2. 6, 7 ug 8 matag usa. Ang mga bili sa binding energy nga nakuha sa XPS gisumada sa Talaan 2. Sama sa makita sa Hulagway 5, klaro nga mga peak sa Si 2s ug Si 2p ang naobserbahan sa SATEOS1 ug SATEOS6, diin nahitabo ang microencapsulation sa SiO2 shell. Ang nangaging mga tigdukiduki nagtaho sa susamang peak sa Si 2s sa 155.1 eV54. Ang presensya sa mga Si peak sa SATEOS1 (Fig. 5b) ug SATEOS6 (Fig. 5c) nagpamatuod sa datos sa FT-IR (Fig. 3) ug XRD (Fig. 4).
Sama sa gipakita sa Figure 6 a, ang C 1s sa bulk SA adunay tulo ka lain-laing peak sa CC, caliphatic, ug O=C=O sa binding energy, nga mao ang 284.5 eV, 285.2 eV, ug 289.5 eV, matag usa. Ang C–C, caliphatic ug O=C=O peaks naobserbahan usab sa SATEOS1 (Fig. 6b) ug SATEOS6 (Fig. 6c) ug gisumada sa Table 2. Gawas pa niini, ang C 1s peak katumbas usab sa dugang nga Si-C peak sa 283.1 eV (SATEOS1) ug 283.5 eV (SATEOS6). Ang among naobserbahan nga binding energies para sa C–C, caliphatic, O=C=O ug Si–C maayo ang correlation sa ubang mga tinubdan55,56.
Ang XPS spectra sa O1 SA, SATEOS1 ug SATEOS6 gipakita sa Figures 7a–c, matag usa. Ang O1s peak sa bulk SA kay deconvoluted ug adunay duha ka peak, nga mao ang C=O/C–O (531.9 eV) ug C–O–H (533.0 eV), samtang ang O1 sa SATEOS1 ug SATEOS6 kay consistent. Adunay tulo lang ka peak: C=O/C–O, C–O–H ug Si–OH55,57,58. Ang O1s binding energy sa SATEOS1 ug SATEOS6 gamay ra ang kausaban kon itandi sa bulk SA, nga nalangkit sa kausaban sa chemical fragment tungod sa presensya sa SiO2 ug Si-OH sa shell material.
Ang Si 2p XPS spectra sa SATEOS1 ug SATEOS6 gipakita sa Figure 8a ug b, matag usa. Sa bulk CA, ang Si 2p wala maobserbahan tungod sa kawalay SiO2. Ang Si 2p peak katumbas sa 105.4 eV para sa SATEOS1 ug 105.0 eV para sa SATEOS6, nga katumbas sa Si-O-Si, samtang ang SATEOS1 peak kay 103.5 eV ug ang SATEOS6 peak kay 103.3 eV, nga katumbas sa Si-OH55. Ang Si-O-Si ug Si-OH peak fitting sa SATEOS1 ug SATEOS6 nagpakita sa malampusong microencapsulation sa SiO2 sa SA core surface.
Ang morpolohiya sa microencapsulated nga materyal importante kaayo, nga makaapekto sa solubility, stability, chemical reactivity, flowability ug strength59. Busa, gigamit ang SEM aron mailhan ang morpolohiya sa bulk SA (100×) ug microencapsulated SA (500×), sama sa gipakita sa Figure 9. Sama sa makita sa Figure 9a, ang SA block adunay elliptical nga porma. Ang gidak-on sa particle molapas sa 500 microns. Apan, sa higayon nga magpadayon ang proseso sa microencapsulation, ang morpolohiya mausab pag-ayo, sama sa gipakita sa Figures 9 b–g.
Mga hulagway sa SEM sa (a) SA (×100), (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 ug (g) SATEOS6 sa ×500.
Sa sample sa SATEOS1, mas gagmay nga quasi-spherical SiO2-wrapped SA particles nga adunay rough surface ang naobserbahan (Fig. 9b), nga mahimong tungod sa hydrolysis ug condensation polymerization sa TEOS sa SA surface, nga nagpadali sa paspas nga pagsabwag sa mga molekula sa ethanol. Tungod niini, ang mga particle sa SiO2 nadeposito ug ang agglomeration naobserbahan52,60. Kini nga SiO2 shell naghatag og mekanikal nga kusog sa mga microencapsulated CA particles ug nagpugong usab sa pagtulo sa tinunaw nga CA sa mas taas nga temperatura10. Kini nga resulta nagpakita nga ang mga SA microcapsules nga adunay SiO2 mahimong magamit isip potensyal nga mga materyales sa pagtipig sa enerhiya61. Sama sa makita sa Figure 9b, ang SATEOS1 sample adunay uniporme nga distribusyon sa particle nga adunay baga nga SiO2 layer nga nagputos sa SA. Ang gidak-on sa particle sa microencapsulated SA (SATEOS1) gibana-bana nga 10–20 μm (Fig. 9b), nga mas gamay kon itandi sa bulk SA tungod sa mas ubos nga SA content. Ang gibag-on sa microcapsule layer tungod sa hydrolysis ug condensation polymerization sa precursor solution. Ang agglomeration mahitabo sa mas ubos nga dosis sa SA, ie hangtod sa 15 g (Fig. 9b-d), apan sa diha nga ang dosis madugangan, walay agglomeration nga maobserbahan, apan klaro nga gihubit nga spherical particles ang maobserbahan (Fig. 9e-g) 62.
Dugang pa, kon ang gidaghanon sa SLS surfactant kanunay, ang SA content (SATEOS1, SATEOS2 ug SATEOS3) makaapekto usab sa efficiency, porma ug distribution sa gidak-on sa partikulo. Busa, ang SATEOS1 nakit-an nga nagpakita og mas gamay nga gidak-on sa partikulo, parehas nga distribution ug dasok nga nawong (Fig. 9b), nga gipahinungod sa hydrophilic nga kinaiya sa SA nga nagpasiugda sa secondary nucleation ubos sa kanunay nga surfactant63. Gituohan nga pinaagi sa pagdugang sa SA content gikan sa 5 ngadto sa 15 g (SATEOS1, SATEOS2 ug SATEOS3) ug paggamit sa kanunay nga gidaghanon sa surfactant, ie 0.10 g SLS (Table 1), ang kontribusyon sa matag partikulo sa molekula sa surfactant mokunhod, sa ingon makunhuran ang gidak-on sa partikulo ug gidak-on sa partikulo. Ang distribution sa SATEOS2 (Fig. 9c) ug SATEOS3 (Fig. 9d) lahi sa distribution sa SATEOS 1 (Fig. 9b).
Kon itandi sa SATEOS1 (Fig. 9b), ang SATEOS2 nagpakita og baga nga morphology sa microencapsulated SA ug ang gidak-on sa partikulo misaka (Fig. 9c). Kini tungod sa agglomeration 49, nga nagpamenos sa coagulation rate (Fig. 2b). Samtang ang gidaghanon sa SC motaas uban sa pagtaas sa SLS, ang mga microcapsule mahimong klaro nga makita, sama sa gipakita sa Fig. kon giunsa mahitabo ang aggregation. Dugang pa, ang Figures 9e–g nagpakita nga ang tanang partikulo klaro nga lingin ang porma ug gidak-on. Nailhan nga sa presensya sa daghang kantidad sa SA, usa ka angay nga kantidad sa silica oligomers ang makuha, nga hinungdan sa angay nga condensation ug encapsulation ug busa ang pagporma sa maayo nga pagkahubit nga mga microcapsule49. Gikan sa mga resulta sa SEM, klaro nga ang SATEOS6 nagporma og katugbang nga mga microcapsule kon itandi sa gamay nga kantidad sa SA.
Ang mga resulta sa energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) sa bulk SA ug microcapsule SA gipakita sa Table 3. Sama sa makita niini nga table, ang Si content hinay-hinay nga mikunhod gikan sa SATEOS1 (12.34%) ngadto sa SATEOS6 (2.68%). Pagtaas sa SA. Busa, makaingon kita nga ang pagtaas sa gidaghanon sa SA mosangpot sa pagkunhod sa deposition sa SiO2 sa ibabaw sa SA. Walay makanunayon nga mga kantidad para sa C ug O contents sa Table 3 tungod sa semi-quantitative analysis sa EDS51. Ang Si content sa microencapsulated SA nalambigit sa mga resulta sa FT-IR, XRD ug XPS.
Ang kinaiya sa pagkatunaw ug pagka-solidify sa bulk SA ingon man sa microencapsulated SA nga adunay SiO2 shell gipakita sa Figures 1 ug 2. Gipakita kini sa Figures 10 ug 11 matag usa, ug ang thermal data gipakita sa Table 4. Ang temperatura sa pagkatunaw ug pagka-solidify sa microencapsulated SA nakitang managlahi. Samtang motaas ang gidaghanon sa SA, ang temperatura sa pagkatunaw ug pagka-solidify motaas ug moduol sa mga kantidad sa bulk SA. Human sa SA microencapsulation, ang silica wall mopataas sa temperatura sa crystallization, ug ang wall niini molihok isip kinauyokan aron mapalambo ang heterogeneity. Busa, samtang motaas ang gidaghanon sa SA, ang temperatura sa pagkatunaw (Fig. 10) ug pagka-solidify (Fig. 11) anam-anam usab nga motaas49,51,64. Taliwala sa tanang microencapsulated SA samples, ang SATEOS6 nagpakita sa pinakataas nga temperatura sa pagkatunaw ug pagka-solidify, gisundan sa SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2, ug SATEOS1.
Ang SATEOS1 nagpakita sa labing ubos nga melting point (68.97 °C) ug solidification temperature (60.60 °C), nga tungod sa mas gamay nga particle size diin ang paglihok sa mga SA particle sulod sa mga microcapsules gamay ra kaayo ug ang SiO2 shell nagporma og baga nga layer ug busa ang Core Material naglimite sa stretch ug paglihok49. Kini nga hypothesis may kalabutan sa mga resulta sa SEM, diin ang SATEOS1 nagpakita og mas gamay nga particle size (Fig. 9b), nga tungod sa kamatuoran nga ang mga SA molecule natanggong sulod sa gamay kaayo nga lugar sa mga microcapsules. Ang kalainan sa melting ug solidification temperatures sa main mass, ingon man sa tanang SA microcapsules nga adunay SiO2 shells, anaa sa range nga 6.10–8.37 °C. Kini nga resulta nagpakita nga ang microencapsulated SA magamit isip potential energy storage material tungod sa maayong thermal conductivity sa SiO2 shell 65.
Sama sa makita sa Table 4, ang SATEOS6 adunay pinakataas nga enthalpy taliwala sa tanang microencapsulated SCs (Fig. 9g) tungod sa hustong encapsulation nga naobserbahan sa SEM. Ang SA packing rate mahimong makalkulo gamit ang equation (1). (1) Pinaagi sa pagtandi sa latent heat data sa microencapsulated SA49.
Ang R value nagrepresentar sa encapsulation degree (%) sa microencapsulated SC, ang ΔHMEPCM,m nagrepresentar sa latent heat of fusion sa microencapsulated SC, ug ang ΔHPCM,m nagrepresentar sa latent heat of fusion sa SC. Dugang pa, ang packaging efficiency (%) gikalkulo isip laing importanteng teknikal nga parameter, sama sa gipakita sa Equation (1). (2)49.
Ang E value nagrepresentar sa encapsulation efficiency (%) sa microencapsulated CA, ang ΔHMEPCM,s nagrepresentar sa latent heat of cure sa microencapsulated CA, ug ang ΔHPCM,s nagrepresentar sa latent heat of cure sa CA.
Sama sa gipakita sa Talaan 4, ang packing degree ug efficiency sa SATEOS1 kay 71.89% ug 67.68%, matag usa, ug ang packing degree ug efficiency sa SATEOS6 kay 90.86% ug 86.68%, matag usa (Talaan 4). Ang sample nga SATEOS6 nagpakita sa pinakataas nga encapsulation coefficient ug efficiency taliwala sa tanang microencapsulated SAs, nga nagpakita sa taas nga thermal capacity niini. Busa, ang transisyon gikan sa solid ngadto sa liquid nanginahanglan og daghang enerhiya. Dugang pa, ang kalainan sa temperatura sa pagkatunaw ug pag-solidify sa tanang SA microcapsules ug bulk SA atol sa proseso sa pagpabugnaw nagpakita nga ang silica shell kay spatially confine atol sa microcapsule synthesis. Busa, ang mga resulta nagpakita nga samtang modaghan ang gidaghanon sa SC, ang encapsulation rate ug efficiency anam-anam nga modaghan (Talaan 4).
Ang mga kurba sa TGA sa bulk SA ug microcapsule SA nga adunay SiO2 shell (SATEOS1, SATEOS3 ug SATEOS6) gipakita sa Figure 12. Ang mga kinaiya sa thermal stability sa bulk SA (SATEOS1, SATEOS3 ug SATEOS6) gitandi sa mga microencapsulated sample. Klaro gikan sa TGA curve nga ang pagkawala sa timbang sa bulk SA ingon man sa microencapsulated SA nagpakita og hapsay ug gamay kaayo nga pagkunhod gikan sa 40°C ngadto sa 190°C. Niini nga temperatura, ang bulk SC dili moagi sa thermal decomposition, samtang ang microencapsulated SC mopagawas sa adsorbed nga tubig bisan human sa pagpauga sa 45 °C sulod sa 24 oras. Kini miresulta sa gamay nga pagkawala sa timbang,49 apan lapas niini nga temperatura ang materyal nagsugod sa pagkadaot. Sa mas ubos nga SA content (ie SATEOS1), ang adsorbed nga water content mas taas ug busa ang mass loss hangtod sa 190 °C mas taas (inset sa Fig. 12). Sa diha nga ang temperatura motaas labaw sa 190 °C, ang sample magsugod sa pagkawala sa masa tungod sa mga proseso sa pagkadunot. Ang bulk SA magsugod sa pagkadunot sa 190°C ug 4% na lang ang nahabilin sa 260°C, samtang ang SATEOS1, SATEOS3 ug SATEOS6 magpabilin sa 50%, 20% ug 12% niini nga temperatura, matag usa. Human sa 300 °C, ang pagkawala sa masa sa bulk SA gibana-bana nga 97.60%, samtang ang pagkawala sa masa sa SATEOS1, SATEOS3, ug SATEOS6 gibana-bana nga 54.20%, 82.40%, ug 90.30%, matag usa. Uban sa pagtaas sa sulod sa SA, ang sulod sa SiO2 mokunhod (Talaan 3), ug ang pagnipis sa kabhang makita sa SEM (Fig. 9). Busa, ang pagkawala sa timbang sa microencapsulated SA mas ubos kon itandi sa bulk SA, nga gipatin-aw sa paborableng mga kabtangan sa SiO2 shell, nga nagpasiugda sa pagporma sa usa ka carbonaceous silicate-carbonaceous layer sa ibabaw sa SA, sa ingon nagbulag sa SA core ug nagpahinay sa pagpagawas sa mga resulta nga volatile nga produkto10. Kini nga char layer nagporma og pisikal nga panalipod nga babag atol sa thermal decomposition, nga naglimite sa transisyon sa mga flammable molecule ngadto sa gas phase66,67. Gawas pa niini, makakita usab kita og mga mahinungdanong resulta sa pagkawala sa timbang: Ang SATEOS1 nagpakita og mas ubos nga mga kantidad kon itandi sa SATEOS3, SATEOS6 ug SA. Kini tungod kay ang gidaghanon sa SA sa SATEOS1 mas gamay kay sa SATEOS3 ug SATEOS6, diin ang SiO2 shell nagporma og baga nga layer. Sa kasukwahi, ang kinatibuk-ang pagkawala sa timbang sa bulk SA miabot sa 99.50% sa 415 °C. Apan, ang SATEOS1, SATEOS3, ug SATEOS6 nagpakita og 62.50%, 85.50%, ug 93.76% nga pagkunhod sa timbang, matag usa, sa 415 °C. Kini nga resulta nagpakita nga ang pagdugang sa TEOS nagpauswag sa pagkadaot sa SA pinaagi sa pagporma og SiO2 layer sa ibabaw sa SA. Kini nga mga layer mahimong magporma og pisikal nga panalipod nga babag, ug busa usa ka pag-uswag sa thermal stability sa microencapsulated CA ang maobserbahan.
Ang mga resulta sa thermal reliability sa bulk SA ug sa pinakamaayong microencapsulated sample (ie SATEOS 6) human sa 30 ka heating ug cooling cycles sa DSC51,52 gipakita sa Figure 13. Makita nga ang bulk SA (Figure 13a) wala magpakita og bisan unsang kalainan sa melting temperature, solidification ug enthalpy value, samtang ang SATEOS6 (Fig. 13b) wala magpakita og bisan unsang kalainan sa temperatura ug enthalpy value bisan human sa ika-30 nga heating cycle ug sa proseso sa pagpabugnaw. Ang Bulk SA nagpakita og melting point nga 72.10 °C, solidification temperature nga 64.69 °C, ug ang kainit sa fusion ug solidification human sa unang cycle kay 201.0 J/g ug 194.10 J/g, matag usa. Human sa ika-30 nga cycle, ang melting point niining mga value mikunhod ngadto sa 71.24 °C, ang solidification temperature mikunhod ngadto sa 63.53 °C, ug ang enthalpy value mikunhod og 10%. Ang mga pagbag-o sa temperatura sa pagkatunaw ug pagkalig-on, ingon man ang pagkunhod sa mga kantidad sa enthalpy, nagpakita nga ang bulk CA dili kasaligan alang sa mga aplikasyon nga dili microencapsulation. Bisan pa, pagkahuman sa husto nga microencapsulation (SATEOS6), ang temperatura sa pagkatunaw ug pagkalig-on ug mga kantidad sa enthalpy dili mausab (Fig. 13b). Kung na-microencapsulate na gamit ang SiO2 shells, ang SA magamit isip usa ka materyal nga pagbag-o sa hugna sa mga aplikasyon sa thermal, labi na sa konstruksyon, tungod sa labing maayo nga temperatura sa pagkatunaw ug pagkalig-on ug lig-on nga enthalpy.
Mga kurba sa DSC nga nakuha para sa mga sample nga SA (a) ug SATEOS6 (b) sa ika-1 ug ika-30 nga mga siklo sa pagpainit ug pagpabugnaw.
Niini nga pagtuon, usa ka sistematikong imbestigasyon sa microencapsulation ang gihimo gamit ang SA isip kinauyokan nga materyal ug SiO2 isip materyal sa kabhang. Ang TEOS gigamit isip precursor aron maporma ang SiO2 support layer ug usa ka protective layer sa ibabaw sa SA. Human sa malampuson nga synthesis sa microencapsulated SA, ang mga resulta sa FT-IR, XRD, XPS, SEM ug EDS nagpakita sa presensya sa SiO2. Ang SEM analysis nagpakita nga ang SATEOS6 sample nagpakita og maayo nga pagkahubit nga spherical particles nga gilibutan sa SiO2 shells sa ibabaw sa SA. Bisan pa, ang MEPCM nga adunay mas ubos nga SA content nagpakita og agglomeration, nga nagpamenos sa performance sa PCM. Ang XPS analysis nagpakita sa presensya sa Si-O-Si ug Si-OH sa mga sample sa microcapsule, nga nagpadayag sa adsorption sa SiO2 sa ibabaw sa SA. Sumala sa thermal performance analysis, ang SATEOS6 nagpakita sa labing maayong kapasidad sa pagtipig og kainit, nga adunay temperatura sa pagtunaw ug pagpalig-on nga 70.37°C ug 64.27°C, matag usa, ug ang latent heat sa pagtunaw ug pagpalig-on nga 182.53 J/g ug 160.12 J/g. G. matag usa. Ang pinakataas nga packaging efficiency sa SATEOS6 kay 86.68%. Ang TGA ug DSC thermal cycle analysis nagpamatuod nga ang SATEOS6 aduna gihapoy maayong thermal stability ug kasaligan bisan human sa 30 ka proseso sa pagpainit ug pagpabugnaw.
Yang T., Wang XY ug Li D. Pag-analisar sa Pagganap sa Thermochemical Solid-Gas Composite Adsorption System para sa Thermal Energy Storage ug Pagpauswag sa Kaepektibo niini. aplikasyon. hot. engineer. 150, 512–521 (2019).
Farid, MM, Khudhair, AM, Razak, S. ug Al-Hallaj, S. Usa ka pagrepaso sa pagtipig sa enerhiya sa pagbag-o sa hugna: mga materyales ug aplikasyon. Tigpabalhin sa enerhiya. Manager. 45, 1597–1615 (2004).
Regin AF, Solanki SS ug Saini JS Pagganap sa pagbalhin sa kainit sa mga sistema sa pagtipig sa enerhiya sa kainit gamit ang mga kapsula sa PCM: usa ka pagrepaso. update. suporta. Energy Rev 12, 2438–2458 (2008).
Liu, M., Saman, W. ug Bruno, F. Usa ka Pagrepaso sa mga Materyales sa Pagtipig ug mga Teknolohiya sa Pagpausbaw sa Thermal Performance para sa mga Sistema sa Pagtipig nga Thermal sa Taas nga Temperatura nga Pagbag-o sa Yugto. update. suporta. Energy Rev 16, 2118–2132 (2012).
Fang Guoying, Li Hong, Liu Xiang, Wu SM Pagpangandam ug pag-ila sa mga materyales sa pagbag-o sa hugna sa n-tetradecane nga adunay nanoencapsulated thermal energy. Chemical. engineer. J. 153, 217–221 (2009).
Mu, B. ug Li, M. Sintesis sa bag-ong mga composite material nga lig-on sa porma ug nagbag-o sa hugna gamit ang giusab nga mga aerogel sa graphene para sa pagkakabig ug pagtipig sa enerhiya sa adlaw. Sol. Mga materyales sa enerhiya. Sol. Cell 191, 466–475 (2019).
Huang, K., Alva, G., Jia, Y., ug Fang, G. Morpolohikal nga kinaiya ug aplikasyon sa mga materyales nga nagbag-o sa hugna sa pagtipig sa enerhiya sa kainit: usa ka pagrepaso. update. suporta. Energy Ed. 72, 128–145 (2017).