Mun gode da ziyartar Nature.com. Sigar burauzar da kuke amfani da ita tana da ƙarancin tallafin CSS. Don samun sakamako mafi kyau, muna ba da shawarar ku yi amfani da sabuwar sigar burauzar ku (ko ku kashe Yanayin Daidaitawa a cikin Internet Explorer). A halin yanzu, don tabbatar da ci gaba da tallafi, muna nuna shafin ba tare da salo ko JavaScript ba.
Ana amfani da Stearic acid (SA) a matsayin kayan canza yanayi (PCM) a cikin na'urorin adana makamashi. A cikin wannan binciken, an yi amfani da hanyar sol-gel don ƙara girman harsashin SiO2. An lulluɓe adadi daban-daban na SA (5, 10, 15, 20, 30, da 50 g) a cikin 10 mL na tetraethyl orthosilicate (TEOS). An siffanta kayan canza yanayi na microencapsulated (MEPCM) ta hanyar Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), da scanning electron microscopy (SEM). Sakamakon halaye ya nuna cewa an lulluɓe SA da nasara ta hanyar SiO2. Nazarin thermogravimetric (TGA) ya nuna cewa MEPCM yana da kwanciyar hankali mafi kyau fiye da CA. Ta amfani da calorimetry scanning differential (DSC), an gano cewa ƙimar enthalpy na MEPCM bai canza ba ko da bayan zagayowar sanyaya dumama sau 30. Daga cikin dukkan samfuran da aka lulluɓe da ƙananan ƙwayoyin cuta, 50 g na SA da ke ɗauke da MEPCM yana da mafi girman zafi mai ɓoye na narkewa da tauri, wanda shine 182.53 J/g da 160.12 J/g, bi da bi. An ƙididdige ƙimar ingancin fakitin ta amfani da bayanan zafi kuma an sami mafi girman inganci ga samfurin iri ɗaya wanda shine 86.68%.
Ana amfani da kusan kashi 58% na makamashin da ake amfani da shi a masana'antar gini don dumama da sanyaya gine-gine1. Saboda haka, abin da ya fi muhimmanci shi ne ƙirƙirar tsarin makamashi mai inganci wanda ke la'akari da gurɓatar muhalli2. Fasahar zafi mai ɓoye ta amfani da kayan canjin yanayi (PCM) na iya adana makamashi mai yawa a yanayin zafi mai ƙarancin zafi3,4,5,6 kuma ana iya amfani da shi sosai a fannoni kamar canja wurin zafi, ajiyar makamashin rana, sararin samaniya da kwandishan7,8,9. PCM tana shan makamashin zafi daga waje na gini a lokacin rana kuma tana fitar da makamashi da dare10. Saboda haka, ana ba da shawarar kayan canjin yanayi a matsayin kayan adana makamashin zafi. Bugu da ƙari, akwai nau'ikan PCM daban-daban kamar su ƙarfi-solid, ruwa-solid, ruwa-gas da iskar gas mai ƙarfi11. Daga cikinsu, kayan canjin yanayi mafi shahara kuma waɗanda ake amfani da su akai-akai sune kayan canjin yanayi mai ƙarfi-solid da kayan canjin yanayi mai ƙarfi-solid. Duk da haka, aikace-aikacensu yana da matuƙar wahala saboda manyan canje-canjen girma na kayan canjin yanayi na ruwa-gas da iskar gas mai ƙarfi.
PCM tana da aikace-aikace daban-daban saboda halayenta: waɗanda ke narkewa a yanayin zafi ƙasa da 15°C za a iya amfani da su a tsarin sanyaya iska don kiyaye yanayin sanyi, kuma waɗanda ke narkewa a yanayin zafi sama da 90°C za a iya amfani da su a tsarin dumama don hana gobara12. Dangane da yanayin aikace-aikacen da kuma yanayin narkewa, an haɗa kayan canza yanayi daban-daban daga sinadarai daban-daban na halitta da na inorganic13,14,15. Paraffin shine kayan canjin yanayi da aka fi amfani da shi wanda ke da zafi mai ɓoye, rashin lalatawa, aminci da kewayon zafin narkewa mai faɗi16,17,18,19,20,21.
Duk da haka, saboda ƙarancin ƙarfin zafi na kayan canza yanayi, suna buƙatar a lulluɓe su a cikin harsashi (layin waje) don hana zubewar kayan tushe yayin tsarin canza yanayi22. Bugu da ƙari, kurakuran aiki ko matsin lamba na waje na iya lalata layin waje (rufewa), kuma kayan canza yanayi na narkewa na iya amsawa da kayan gini, wanda ke haifar da tsatsa na sandunan ƙarfe da aka saka, don haka rage sauƙin amfani da ginin23. Saboda haka, yana da mahimmanci a haɗa kayan canza yanayi da aka lulluɓe da isasshen kayan harsashi, wanda zai iya magance matsalolin da ke sama24.
Ƙaramin naɗewa na kayan canza yanayi na iya ƙara yawan canja wurin zafi da rage amsawar muhalli, da kuma canje-canjen girma. An ƙirƙiro hanyoyi daban-daban don ɓoye PCM, wato haɗakar polymerization na fuska25,26,27,28, a cikin polymerization na wuri29,30,31,32, coacervation33,34,35 da sol-gel processes36,37,38,39. Ana iya amfani da resin formaldehyde don ɓoye microcapsulation40,41,42,43. Ana amfani da resin Melamine-formaldehyde da urea-formaldehyde azaman kayan harsashi, waɗanda galibi suna fitar da formaldehyde mai guba yayin aiki. Saboda haka, an hana amfani da waɗannan kayan a cikin tsarin marufi. Duk da haka, ana iya haɗa kayan canza yanayi masu kyau don adana makamashin zafi ta amfani da nanocapsules masu haɗaka bisa ga fatty acids da lignin 44.
Zhang da abokan aikinsa 45 sun haɗa lauric acid daga tetraethyl orthosilicate kuma sun kammala da cewa yayin da rabon ƙarar methyltriethoxysilane zuwa tetraethyl orthosilicate ke ƙaruwa, zafi mai ɓoye yana raguwa kuma haɓakar hydrophobicity na saman yana ƙaruwa. Lauric acid na iya zama kayan aiki mai yuwuwa kuma mai tasiri ga zaruruwan kapok46. Bugu da ƙari, Latibari da abokan aikinsa 47 sun haɗa PCMs na tushen stearic acid ta amfani da TiO2 azaman kayan harsashi. Zhu da abokan aikinsa sun shirya n-octadecane da silicone nanocapsules azaman PCMs masu yuwuwa 48. Daga bita na wallafe-wallafen, yana da wuya a fahimci shawarar da aka ba da shawarar don samar da kayan canza yanayin microcapsulated masu inganci da karko.
Saboda haka, a fahimtar marubutan, adadin kayan canjin mataki da ake amfani da su don microencapsulation muhimmin ma'auni ne don samar da kayan canjin mataki mai inganci da kwanciyar hankali. Amfani da adadin kayan canjin mataki daban-daban zai ba mu damar bayyana halaye daban-daban da kwanciyar hankali na kayan canjin mataki mai rufewa. Stearic acid (mai kitse) abu ne mai kyau ga muhalli, mai mahimmanci ga lafiya kuma mai araha wanda za a iya amfani da shi don adana makamashin zafi saboda yana da ƙimar enthalpy mai yawa (~200 J/g) kuma yana iya jure yanayin zafi har zuwa 72 °C. Bugu da ƙari, SiO2 ba ya ƙonewa, yana ba da ƙarfi mafi girma na injiniya, watsa wutar lantarki da ingantaccen juriya ga kayan asali, kuma yana aiki azaman kayan pozzolanic a cikin gini. Lokacin da aka haɗa siminti da ruwa, PCMs da ba su da kyau na iya fashewa saboda lalacewar injiniya da yanayin zafi mai yawa (zafin ruwa) da aka samar a cikin manyan gine-ginen siminti. Saboda haka, amfani da microencapsulated CA tare da harsashi na SiO2 zai iya magance wannan matsalar. Saboda haka, manufar wannan binciken ita ce a binciki aiki da ingancin PCMs da aka haɗa ta hanyar tsarin sol-gel a aikace-aikacen gini. A cikin wannan aikin, mun yi nazari mai zurfi kan adadin SA daban-daban (a matsayin kayan tushe) na 5, 10, 15, 20, 30 da 50 g da aka lulluɓe a cikin harsashin SiO2. An yi amfani da adadin tetraethylorthosilicate (TEOS) a cikin adadin 10 ml a matsayin mafita mai mahimmanci don samar da harsashin SiO2.
An sayi sinadarin stearic acid mai aiki (SA, C18H36O2, wurin narkewa: 72°C) a matsayin babban kayan aiki daga Daejung Chemical & Metals Co., Ltd., Gyeonggi-do, Koriya ta Kudu. An sayi Tetraethylorthosilicate (TEOS, C8H20O4Si) a matsayin maganin da ya dace daga Acros Organics, Geel, Belgium. Bugu da ƙari, an sayi cikakken ethanol (EA, C2H5OH) da sodium lauryl sulfate (SLS, C12H25NaO4S) daga Daejung Chemical & Metals Co., Ltd, Gyeonggi-do, Koriya ta Kudu, kuma an yi amfani da su azaman abubuwan narkewa da kuma abubuwan da ke haifar da surfactants, bi da bi. Ana kuma amfani da ruwan da aka tace a matsayin abubuwan narkewa.
An haɗa adadin SA daban-daban da rabo daban-daban na sodium lauryl sulfate (SLS) a cikin 100 mL na ruwan da aka tace ta amfani da na'urar motsa jiki ta maganadisu a 800 rpm da 75 °C na tsawon awa 1 (Tebur 1). An raba emulsions na SA zuwa ƙungiyoyi biyu: (1) An haɗa 5, 10 da 15 g na SA da 0.10 g na SLS a cikin 100 ml na ruwan da aka tace (SATEOS1, SATEOS2 da SATEOS3), (2) An haɗa 20, 30 da 50 g na SA da 0.15, 0.20 kuma an haɗa 0.25 g na SLS da 100 ml na ruwan da aka tace (SATEOS4, SATEOS5 da SATEOS6). An yi amfani da 0.10 g SLS tare da 5, 10 da 15 g SA don samar da emulsions daban-daban. Daga baya, an ba da shawarar ƙara adadin SLS don SATEOS4, SATEOS5 da SATEOS6. Tebur 1 yana nuna rabon CA da SLS da aka yi amfani da su don samun mafita mai ƙarfi na emulsion.
Sanya TEOS 10 ml, ethanol 10 ml (EA) da ruwan da aka tace 20 ml a cikin kwalbar 100 ml. Domin yin nazarin ingancin rufewa na rabo daban-daban na harsashin SA da SiO2, an rubuta ma'aunin haɗa dukkan samfuran. An juya cakuda da na'urar motsa maganadisu a 400 rpm da 60°C na tsawon awa 1. Daga nan aka ƙara ruwan da aka riga aka haɗa zuwa cikin emulsion ɗin SA da aka shirya, aka juya shi da ƙarfi a 800 rpm da 75°C na tsawon awanni 2, sannan aka tace don samun farin foda. An wanke farin foda da ruwan da aka tace don cire ragowar SA sannan aka busar da shi a cikin tanda mai zafi a 45°C na tsawon awanni 24. Sakamakon haka, an sami SC mai rufi da harsashi na SiO2. An nuna dukkan tsarin haɗawa da shirya SA mai rufi da microcapsulated a Hoto na 1.
An shirya ƙananan ƙwayoyin SA masu harsashi na SiO2 ta hanyar hanyar sol-gel, kuma an nuna tsarin rufe su a Hoto na 2. Mataki na farko ya ƙunshi shirya emulsion na SA a cikin ruwan da ke ɗauke da SLS a matsayin surfactant. A wannan yanayin, ƙarshen hydrophobic na ƙwayar SA yana ɗaure da SLS, kuma ƙarshen hydrophilic ga ƙwayoyin ruwa, yana samar da emulsion mai ƙarfi. Don haka, ana kare sassan hydrophobic na SLS kuma suna rufe saman digon SA. A gefe guda kuma, hydrolysis na mafita na TEOS yana faruwa a hankali ta hanyar ƙwayoyin ruwa, wanda ke haifar da samuwar TEOS mai hydrolyzed a gaban ethanol (Hoto na 2a) 49,50,51. TEOS mai hydrolyzed yana fuskantar amsawar condensation, a lokacin da TEOS mai hydrolyzed n-hydrolyzed ya samar da ƙungiyoyin silica (Hoto na 2b). An lulluɓe ƙungiyoyin silica da SA52 a gaban SLS (Hoto na 2c), wanda ake kira tsarin microencapsulation.
Zane mai tsari na ƙananan ƙwayoyin cuta na CA tare da harsashi na SiO2 (a) hydrolysis na TEOS (b) danshi na hydrolyzate da (c) lulluɓe CA tare da harsashi na SiO2.
An gudanar da nazarin sinadarai na babban SA da microencapsulated SA ta amfani da na'urar auna infrared Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR, Perkin Elmer UATR Two, Amurka) kuma an yi rikodin spectra a cikin kewayon daga 500 zuwa 4000 cm-1.
An yi amfani da na'urar auna hasken X-ray diffractometer (XRD, D/MAX-2500, Rigaku, Japan) don yin nazarin matakan SA da kayan microcapsule. An gudanar da na'urar tantance hasken X-ray a cikin kewayon 2θ = 5°–95° tare da saurin duba 4°/min, ta amfani da hasken Cu-Kα (λ = 1.541 Å), yanayin aiki na 25 kV da 100 mA, a cikin yanayin duba ci gaba. An gina hotunan X-ray a cikin kewayon 2θ = 5–50°, tunda ba a ga kololuwa ba bayan 50° a cikin duk samfuran.
An yi amfani da Al Kα (1486.6 eV) wajen yin gwajin X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, Scienta Omicron R3000, Amurka) a matsayin tushen X-ray don fahimtar yanayin sinadarai na babban SA da kuma abubuwan da ke cikin kayan rufewa. An daidaita spectra na XPS da aka tattara zuwa ga kololuwar C1s ta amfani da carbon mai ban mamaki (ƙarfin ɗaurewa 284.6 eV). Bayan gyara bango ta amfani da hanyar Shirley, an cire kololuwar ƙuduri mai girma na kowane abu kuma an sanya shi zuwa ga ayyukan Gaussian/Lorentzian ta amfani da software na CASA XPS.
An yi nazarin yanayin SC mai yawa da microencapsulated SC ta amfani da na'urar daukar hoto ta electron microscopy (SEM, MIRA3, TESCAN, Brno, Czech Republic) wacce aka sanye da na'urar daukar hoto ta X-ray mai rarraba makamashi (EDS) a 15 kV. Kafin daukar hoton SEM, an shafa samfuran da platinum (Pt) don guje wa tasirin caji.
An tantance halayen zafi (wurin narkewa/ƙarfafawa da zafi mai ɓoye) da aminci (zagayewar zafi) ta hanyar amfani da calorimetry na duban differential (DSC, TA Instrument, Discovery DSC, Newcastle, Amurka) a lokacin dumama/sanyi na 10 °C/min a 40 °C. da 90 °C tare da ci gaba da tsarkake nitrogen. An gudanar da nazarin rage nauyi ta amfani da na'urar nazarin TGA (TA Instrument, Discovery TGA, New Castle, Amurka) a cikin ci gaba da kwararar nitrogen daga zafin jiki na 40-600 °C, tare da saurin dumama na 10 °C/min.
Siffa ta 3 tana nuna FTIR spectra na babban SC da kuma microencapsulated SC (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 da SATEOS6). An danganta kololuwar sha a 2910 cm-1 da 2850 cm-1 a cikin dukkan samfuran (SA da kuma microencapsulated SA) da girgizar mikewa mai daidaito na ƙungiyoyin –CH3 da –CH2, bi da bi10,50. Kololuwar a 1705 cm-1 ta yi daidai da mikewa mai girgiza na haɗin C=O. Kololuwar a 1470 cm-1 da 1295 cm-1 an danganta su da girgizar lanƙwasa a cikin jirgin sama na ƙungiyar aiki ta –OH, yayin da kololuwar a 940 cm-1 da 719 cm-1 ta yi daidai da girgizar in-plane da fitarwa. -plane deformation vibration, bi da bi - ƙungiyar OH. An kuma lura da kololuwar sha na SA a 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 da 719 cm-1 a cikin dukkan ƙwayoyin SA da aka haɗa da microcapsule. Bugu da ƙari, an lura da sabon kololuwar da aka gano a 1103 cm-1 wanda ya dace da girgizar miƙewa ta antisymmetric na ƙungiyar Si-O-Si a cikin ƙwayar SA. Sakamakon FT-IR ya yi daidai da Yuan et al. 50 Sun shirya ƙwayoyin SA da aka haɗa da microcapsuled a cikin rabon ammonia/ethanol cikin nasara kuma sun gano cewa babu wata hulɗar sinadarai da ta faru tsakanin SA da SiO2. Sakamakon binciken FT-IR na yanzu ya nuna cewa harsashin SiO2 ya yi nasarar haɗa SA (core) ta hanyar tsarin danshi da polymerization na TEOS da aka yi amfani da hydrolyzed. A ƙasan abun ciki na SA, ƙarfin kololuwar ƙungiyar Si-O-Si ya fi girma (Hoto na 3b-d). Yayin da adadin SA ya ƙaru zuwa fiye da g 15, ƙarfin kololuwar da faɗaɗa ƙungiyar Si-O-Si yana raguwa a hankali, wanda ke nuna samuwar wani siririn layi na SiO2 a saman SA.
Siffar FTIR ta (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 da (g) SATEOS6.
An nuna tsarin XRD na babban SA da ƙaramin SA a Hoto na 4. Kololuwar XRD suna a 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° \((\overline {5} bisa ga JCPDS No. 0381923, 02)\), 21.42° a cikin dukkan samfuran (311), 24.04° (602) da 39.98° (913) an sanya su ga SA. Ruɗewa da haɗakarwa tare da babban CA saboda abubuwan da ba a tabbatar da su ba kamar surfactant (SLS), sauran abubuwan da suka rage da ƙananan SiO250. Bayan an rufe murfin, ƙarfin manyan kololuwa (300), (500), (311), da (602) suna raguwa a hankali idan aka kwatanta da babban CA, wanda ke nuna raguwar lu'ulu'u na samfurin.
Tsarin XRD na (a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 da (g) SATEOS6.
Ƙarfin SATEOS1 yana raguwa sosai idan aka kwatanta da sauran samfuran. Babu wani kololuwa da aka gani a cikin dukkan samfuran da aka lulluɓe da microcapsuled (Hoto na 4b–g), wanda ya tabbatar da cewa shaƙar SiO252 ta zahiri maimakon hulɗar sinadarai yana faruwa akan saman SA. Bugu da ƙari, an kuma kammala da cewa microcapsulation na SA bai haifar da bayyanar wani sabon tsari ba. SiO2 yana nan lafiya a saman SA ba tare da wani amsawar sinadarai ba, kuma yayin da adadin SA ke raguwa, kololuwar da ke akwai suna bayyana sosai (SATEOS1). Wannan sakamakon yana nuna cewa SiO2 galibi yana lulluɓe saman SA. Kololuwar da ke (700) ta ɓace gaba ɗaya, kuma kololuwar da ke \((\overline{5}02)\) ta zama ƙura a cikin SATEOS 1 (Hoto na 4b), wanda ke da alaƙa da raguwar lu'ulu'u da ƙaruwar rashin tsari. SiO2 ba shi da tsari a yanayi, don haka kololuwar da aka gani daga 2θ = 19° zuwa 25° suna da ƙugiya da faɗaɗawa53 (Hoto na 4b–g), wanda ke tabbatar da wanzuwar SiO252 mara tsari. Ƙarfin kololuwar watsawa na ƙananan ƙwayoyin cuta na SA ya faru ne saboda tasirin nucleation na bangon ciki na silica da kuma ƙayyadadden yanayin lu'ulu'u49. Ana kyautata zaton cewa tare da ƙarancin abun ciki na SA, ana samar da harsashi mai kauri na silica saboda kasancewar adadi mai yawa na TEOS, wanda galibi ana shaƙa shi a saman waje na SA. Duk da haka, yayin da adadin SA ke ƙaruwa, yankin saman ɗigon SA a cikin maganin emulsion yana ƙaruwa kuma ana buƙatar ƙarin TEOS don ingantaccen rufewa. Saboda haka, tare da babban abun ciki na SA, ana danne kololuwar SiO2 a cikin FT-IR (Hoto na 3), kuma ƙarfin kololuwar watsawa kusa da 2θ = 19–25° a cikin XRF (Hoto na 4) yana raguwa kuma faɗaɗa shi ma yana raguwa. Ba a bayyane yake ba. Duk da haka, kamar yadda aka gani a Hoto na 4, da zarar an ƙara yawan SA daga 5 g (SATEOS1) zuwa 50 g (SATEOS6), kololuwar za ta yi kusa da babban SA, kuma kololuwar da ke (700) ta bayyana tare da duk ƙarfin kololuwar da aka gano. Wannan sakamakon yana da alaƙa da sakamakon FT-IR, inda ƙarfin kololuwar SiO2 SATEOS6 ya ragu a 1103 cm-1 (Hoto na 3g).
An nuna yanayin sinadarai na abubuwan da ke cikin SA, SATEOS1 da SATEOS6 a cikin Hotuna na 1 da 2. Hotuna na 5, 6, 7 da 8 da Tebur na 2. An nuna hotunan aunawa na babban SA, SATEOS1 da SATEOS6 a cikin Hoto na 5 kuma an nuna hotunan ƙuduri masu girma na C 1s, O 1s da Si 2p a cikin Hoto na 5, 6, 7 da 8 da Tebur na 2. 6, 7 da 8 bi da bi. An taƙaita ƙimar kuzarin ɗaurewa da XPS ta samu a cikin Tebur na 2. Kamar yadda za a iya gani daga Hoto na 5, an lura da kololuwar Si 2s da Si 2p a cikin SATEOS1 da SATEOS6, inda aka sami microcapsulation na harsashin SiO2. Masu bincike na baya sun ba da rahoton irin wannan kololuwar Si 2s a 155.1 eV54. Kasancewar kololuwar Si a cikin SATEOS1 (Hoto na 5b) da SATEOS6 (Hoto na 5c) ya tabbatar da bayanan FT-IR (Hoto na 3) da XRD (Hoto na 4).
Kamar yadda aka nuna a Hoto na 6 a, C 1s na babban SA yana da kololuwa uku daban-daban na CC, khalifa, da O=C=O a makamashin ɗaurewa, waɗanda sune 284.5 eV, 285.2 eV, da 289.5 eV, bi da bi. An kuma lura da kololuwar C–C, khalifa da O=C=O a cikin SATEOS1 (Hoto na 6b) da SATEOS6 (Hoto na 6c) kuma an taƙaita su a cikin Jadawali na 2. Baya ga wannan, kololuwar C 1s kuma ta yi daidai da ƙarin kololuwar Si-C a 283 .1 eV (SATEOS1) da 283.5 eV (SATEOS6). Ƙarfin ɗaurewa da muka lura don C–C, khalifa, O=C=O da Si–C suna da alaƙa da sauran tushe55,56.
An nuna siginar XPS na O1 SA, SATEOS1 da SATEOS6 a cikin Hotuna 7a–c, bi da bi. Kololuwar O1s na babban SA an cire ta kuma tana da kololuwa biyu, wato C=O/C–O (531.9 eV) da C–O–H (533.0 eV), yayin da O1 na SATEOS1 da SATEOS6 suna da daidaito. Akwai kololuwa uku kawai: C=O/C–O, C–O–H da Si–OH55,57,58. Ƙarfin ɗaure O1s a cikin SATEOS1 da SATEOS6 yana canzawa kaɗan idan aka kwatanta da babban SA, wanda ke da alaƙa da canji a cikin gutsuttsuran sinadarai saboda kasancewar SiO2 da Si-OH a cikin kayan harsashi.
An nuna siginar Si 2p XPS na SATEOS1 da SATEOS6 a cikin Hoto na 8a da b, bi da bi. A cikin babban CA, ba a lura da Si 2p ba saboda rashin SiO2. Kololuwar Si 2p ta yi daidai da 105.4 eV na SATEOS1 da 105.0 eV na SATEOS6, daidai da Si-O-Si, yayin da kololuwar SATEOS1 ta yi daidai da 103.5 eV kuma kololuwar SATEOS6 ta yi daidai da 103.3 eV, daidai da Si-OH55. Daidaita kololuwar Si-O-Si da Si-OH a cikin SATEOS1 da SATEOS6 ta nuna nasarar microcapsulation na SiO2 akan saman zuciyar SA.
Tsarin kayan da aka lulluɓe da ƙananan ƙwayoyin halitta yana da matuƙar muhimmanci, yana shafar narkewar su, kwanciyar hankali, amsawar sinadarai, kwararar su da ƙarfi59. Saboda haka, an yi amfani da SEM don kwatanta yanayin SA mai yawa (100×) da SA mai lulluɓe da ƙananan ƙwayoyin halitta (500×), kamar yadda aka nuna a Hoto na 9. Kamar yadda aka gani daga Hoto na 9a, toshe SA yana da siffar elliptical. Girman ƙwayoyin halitta ya wuce microns 500. Duk da haka, da zarar tsarin microencapsulation ya ci gaba, yanayin halittar yana canzawa sosai, kamar yadda aka nuna a Hoto na 9 b–g.
Hotunan SEM na (a) SA (×100), (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 da (g) SATEOS6 a ×500.
A cikin samfurin SATEOS1, an lura da ƙananan ƙwayoyin SA da aka naɗe da SiO2 mai siffar murabba'i mai siffar murabba'i (Hoto na 9b), wanda wataƙila ya faru ne saboda hydrolysis da condensation polymerization na TEOS akan saman SA, yana hanzarta yaɗuwar ƙwayoyin ethanol cikin sauri. Sakamakon haka, ana ajiye ƙwayoyin SiO2 kuma ana lura da haɗuwa52,60. Wannan harsashin SiO2 yana ba da ƙarfin injiniya ga ƙwayoyin CA da aka naɗe da ƙwayar kuma yana hana zubewar CA da aka narke a yanayin zafi mafi girma10. Wannan sakamakon yana nuna cewa ana iya amfani da ƙananan ƙwayoyin SA da ke ɗauke da SiO2 azaman kayan adana makamashi mai yuwuwa61. Kamar yadda za a iya gani daga Hoto na 9b, samfurin SATEOS1 yana da rarraba ƙwayar cuta iri ɗaya tare da kauri Layer SiO2 wanda ke lulluɓe SA. Girman ƙwayoyin SA da aka naɗe da ƙwayar SA (SATEOS1) yana da kusan 10-20 μm (Hoto na 9b), wanda ya fi ƙanƙanta idan aka kwatanta da babban SA saboda ƙarancin abun ciki na SA. Kauri na layin microcapsule ya faru ne saboda hydrolysis da condensation polymerization na maganin da ya fara aiki. Haɗawa yana faruwa a ƙananan allurai na SA, watau har zuwa 15 g (Hoto na 9b-d), amma da zarar an ƙara yawan maganin, ba a lura da haɗuwa ba, amma an lura da ƙwayoyin ƙwallo masu siffar ƙwallo a sarari (Hoto na 9e-g) 62.
Bugu da ƙari, idan adadin SLS surfactant ya kasance mai daidaito, yawan SA (SATEOS1, SATEOS2 da SATEOS3) suma suna shafar inganci, siffa da rarrabawar girman barbashi. Don haka, an gano SATEOS1 yana nuna ƙaramin girman barbashi, rarrabawa iri ɗaya da saman mai yawa (Hoto na 9b), wanda aka danganta shi da yanayin hydrophilic na SA yana haɓaka nucleation na biyu a ƙarƙashin surfactant mai daidaito63. Ana tsammanin ta hanyar ƙara yawan SA daga 5 zuwa 15 g (SATEOS1, SATEOS2 da SATEOS3) da amfani da adadin surfactant mai daidaito, watau 0.10 g SLS (Tebur na 1), gudummawar kowane barbashi na ƙwayar surfactant zai ragu, ta haka rage girman barbashi da girman barbashi. Rarraba SATEOS2 (Hoto na 9c) da SATEOS3 (Hoto na 9d) ya bambanta da rarraba SATEOS 1 (Hoto na 9b).
Idan aka kwatanta da SATEOS1 (Hoto na 9b), SATEOS2 ya nuna yanayin SA mai yawa kuma girman barbashi ya ƙaru (Hoto na 9c). Wannan ya faru ne saboda haɗuwa 49, wanda ke rage yawan coagulation (Hoto na 2b). Yayin da adadin SC ke ƙaruwa tare da ƙaruwar SLS, ƙananan barbashi suna bayyana a sarari, kamar yadda aka nuna a Hoto na yadda taruwa ke faruwa. Bugu da ƙari, Hotuna na 9e–g sun nuna cewa duk barbashi suna da siffar zagaye da girma a sarari. An gane cewa a gaban adadi mai yawa na SA, ana iya samun adadin silica mai dacewa, wanda ke haifar da danshi da rufewa mai dacewa, don haka samuwar ƙananan barbashi masu kyau49. Daga sakamakon SEM, a bayyane yake cewa SATEOS6 ya samar da ƙananan barbashi masu dacewa idan aka kwatanta da ƙaramin adadin SA.
An gabatar da sakamakon gwajin X-ray mai rarrabawa ta makamashi (EDS) na babban SA da ƙaramin capsule SA a cikin Jadawali na 3. Kamar yadda za a iya gani daga wannan teburin, yawan Si yana raguwa a hankali daga SATEOS1 (12.34%) zuwa SATEOS6 (2.68%). Ƙarawa a SA. Saboda haka, za mu iya cewa ƙaruwar adadin SA yana haifar da raguwar ajiyar SiO2 a saman SA. Babu daidaitattun ƙima don abubuwan C da O a cikin Jadawali na 3 saboda nazarin kwata-kwata na EDS51. Yawan Si na microcapsulated SA yana da alaƙa da sakamakon FT-IR, XRD da XPS.
An nuna halayen narkewa da ƙarfafawa na babban SA da kuma ƙaramin SA mai rufi tare da harsashin SiO2 a cikin Hotuna na 1 da 2. An nuna su a cikin Hotuna na 10 da 11 bi da bi, kuma an nuna bayanan zafi a cikin Jadawali na 4. An gano cewa zafin narkewa da ƙarfafawa na ƙaramin SA mai rufi sun bambanta. Yayin da adadin SA ke ƙaruwa, zafin narkewa da ƙarfafawa yana ƙaruwa kuma yana kusantar ƙimar babban SA. Bayan ƙaramin SA mai rufi, bangon silica yana ƙara zafin crystallization, kuma bangonsa yana aiki a matsayin ginshiƙi don haɓaka bambancin ra'ayi. Saboda haka, yayin da adadin SA ke ƙaruwa, zafin narkewa (Hoto na 10) da ƙarfafawa (Hoto na 11) suma suna ƙaruwa a hankali 49,51,64. Daga cikin duk samfuran SA mai rufi, SATEOS6 ya nuna mafi girman zafin narkewa da ƙarfafawa, sai kuma SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2, da SATEOS1.
SATEOS1 yana nuna mafi ƙarancin wurin narkewa (68.97 °C) da zafin tauri (60.60 °C), wanda ya faru ne saboda ƙaramin girman barbashi wanda motsin barbashi SA a cikin ƙananan capsules yake da ƙanƙanta kuma harsashin SiO2 yana samar da kauri mai kauri don haka Core Material yana iyakance shimfiɗawa da motsi49. Wannan hasashe yana da alaƙa da sakamakon SEM, inda SATEOS1 ya nuna ƙaramin girman barbashi (Hoto na 9b), wanda ya faru ne saboda gaskiyar cewa ƙwayoyin SA suna cikin ƙaramin yanki na ƙananan capsules. Bambancin yanayin zafi na narkewa da tauri na babban taro, da kuma duk ƙananan capsules na SA tare da harsashin SiO2, yana cikin kewayon 6.10–8.37 °C. Wannan sakamakon yana nuna cewa ana iya amfani da SA mai ɓoye a matsayin kayan adana makamashi mai yuwuwa saboda kyakkyawan yanayin zafi na harsashin SiO2 65.
Kamar yadda aka gani daga Tebur na 4, SATEOS6 yana da mafi girman enthalpy a tsakanin duk ƙananan SCs masu ɓoyewa (Hoto na 9g) saboda ingantaccen ɓoyewa da SEM ya lura. Ana iya ƙididdige ƙimar tattarawar SA ta amfani da lissafi (1). (1) Ta hanyar kwatanta bayanan zafi na ɓoye na ƙananan SA49.
Ƙimar R tana wakiltar matakin ɓoyewa (%) na SC mai ɓoyewa, ΔHMEPCM,m tana wakiltar zafin ɓoyewa na haɗuwar SC mai ɓoyewa, kuma ΔHPCM,m tana wakiltar zafin ɓoyewa na haɗuwar SC. Bugu da ƙari, an ƙididdige ingancin marufi (%) a matsayin wani muhimmin siga na fasaha, kamar yadda aka nuna a cikin Lissafi (1). (2)49.
Ƙimar E tana wakiltar ingancin rufewa (%) na CA mai ɓoyewa, ΔHMEPCM,s yana wakiltar zafin ɓoyewa na warkar da CA mai ɓoyewa, kuma ΔHPCM,s yana wakiltar zafin ɓoyewa na warkar da CA.
Kamar yadda aka nuna a Jadawali na 4, matakin marufi da ingancin SATEOS1 shine 71.89% da 67.68%, bi da bi, kuma matakin marufi da ingancin SATEOS6 shine 90.86% da 86.68%, bi da bi (Jadawali na 4). Samfurin SATEOS6 yana nuna mafi girman ma'aunin marufi da inganci tsakanin duk SAs ɗin da aka rufe da microcapsulated, yana nuna babban ƙarfin zafi. Saboda haka, sauyawa daga daskararru zuwa ruwa yana buƙatar adadi mai yawa na kuzari. Bugu da ƙari, bambancin yanayin zafi na narkewa da ƙarfafawa na dukkan SA microcapsules da babban SA yayin aikin sanyaya yana nuna cewa harsashin silica yana da iyaka a sarari yayin haɗa microcapsule. Don haka, sakamakon ya nuna cewa yayin da adadin SC ke ƙaruwa, ƙimar marufi da inganci suna ƙaruwa a hankali (Jadawali na 4).
An nuna lanƙwasa TGA na babban SA da ƙaramin capsule SA tare da harsashin SiO2 (SATEOS1, SATEOS3 da SATEOS6) a Hoto na 12. An kwatanta halayen kwanciyar hankali na zafi na babban SA (SATEOS1, SATEOS3 da SATEOS6) da samfuran micro-encrusted. A bayyane yake daga lanƙwasa TGA cewa asarar nauyi na babban SA da kuma ƙaramin capsule SA yana nuna raguwa mai santsi da ɗan kaɗan daga 40°C zuwa 190°C. A wannan zafin jiki, babban SC ba ya fuskantar rugujewar zafi, yayin da ƙaramin capsule SC yana fitar da ruwan da aka sha ko da bayan bushewa a 45°C na tsawon awanni 24. Wannan ya haifar da ɗan raguwar nauyi,49 amma bayan wannan zafin jiki kayan ya fara lalacewa. A ƙarancin abun ciki na SA (watau SATEOS1), abun ciki na ruwan da aka sha ya fi girma kuma saboda haka asarar taro har zuwa 190°C ya fi girma (wanda aka saka a Hoto na 12). Da zarar zafin jiki ya tashi sama da 190 °C, samfurin ya fara rasa nauyi saboda tsarin ruɓewa. Babban SA ya fara ruɓewa a 190 °C kuma kashi 4% ne kawai ya rage a 260 °C, yayin da SATEOS1, SATEOS3 da SATEOS6 suka riƙe kashi 50%, 20% da 12% a wannan zafin, bi da bi. Bayan 300 °C, asarar babban SA ya kasance kusan kashi 97.60%, yayin da asarar babban SATEOS1, SATEOS3, da SATEOS6 ya kasance kusan kashi 54.20%, 82.40%, da 90.30%, bi da bi. Tare da ƙaruwa a cikin abun ciki na SA, abun ciki na SiO2 ya ragu (Tebur 3), kuma an lura da siririn harsashi a cikin SEM (Hoto na 9). Saboda haka, asarar nauyin SA mai rufewa ya yi ƙasa idan aka kwatanta da SA mai yawa, wanda aka bayyana ta hanyar kyawawan halayen harsashin SiO2, wanda ke haɓaka samuwar Layer na silicate-carbonaceous a saman SA, ta haka ne ke ware zuciyar SA da kuma rage sakin samfuran da ke haifar da canzawa10. Wannan Layer ɗin char yana samar da shinge na kariya ta zahiri yayin rugujewar zafi, yana iyakance canjin ƙwayoyin da ke ƙonewa zuwa matakin iskar gas66,67. Baya ga wannan, za mu iya ganin mahimman sakamakon asarar nauyi: SATEOS1 yana nuna ƙananan ƙima idan aka kwatanta da SATEOS3, SATEOS6 da SA. Wannan saboda adadin SA a cikin SATEOS1 ya yi ƙasa da na SATEOS3 da SATEOS6, inda harsashin SiO2 ya samar da kauri mai kauri. Sabanin haka, jimlar asarar nauyi na babban SA ya kai 99.50% a 415 °C. Duk da haka, SATEOS1, SATEOS3, da SATEOS6 sun nuna raguwar nauyi da kashi 62.50%, 85.50%, da 93.76%, bi da bi, a 415 °C. Wannan sakamakon ya nuna cewa ƙarin TEOS yana inganta lalacewar SA ta hanyar samar da layin SiO2 a saman SA. Waɗannan layukan na iya samar da shinge na kariya ta zahiri, don haka ana iya ganin ci gaba a cikin kwanciyar hankali na zafi na CA da aka rufe da microcapsulated.
Sakamakon ingancin zafi na babban SA da mafi kyawun samfurin microencrulated (watau SATEOS 6) bayan zagayowar dumama da sanyaya DSC51,52 sau 30 an nuna su a Hoto na 13. Ana iya ganin cewa babban SA (Hoto na 13a) bai nuna wani bambanci a cikin zafin narkewa, ƙarfafawa da ƙimar enthalpy ba, yayin da SATEOS6 (Hoto na 13b) bai nuna wani bambanci a cikin zafin jiki da ƙimar enthalpy ba ko da bayan zagayowar dumama ta 30. da kuma tsarin sanyaya. Babban SA ya nuna wurin narkewa na 72.10 °C, zafin ƙarfafawa na 64.69 °C, da zafin haɗuwa da ƙarfafawa bayan zagayowar farko sune 201.0 J/g da 194.10 J/g, bi da bi. Bayan zagayowar ta 30, wurin narkewa na waɗannan ƙimar ya ragu zuwa 71.24 °C, zafin ƙarfafawa ya ragu zuwa 63.53 °C, kuma ƙimar enthalpy ta ragu da 10%. Canje-canje a yanayin zafi na narkewa da ƙarfafawa, da kuma raguwar ƙimar enthalpy, suna nuna cewa babban CA ba shi da aminci ga aikace-aikacen da ba na microencapsulation ba. Duk da haka, bayan an sami ingantaccen microencapsulation (SATEOS6), yanayin narkewa da ƙarfafawa da ƙimar enthalpy ba sa canzawa (Hoto na 13b). Da zarar an haɗa shi da harsashin SiO2, ana iya amfani da SA azaman kayan canza lokaci a aikace-aikacen zafi, musamman a gini, saboda yanayin narkewa da ƙarfafawa mafi kyau da kuma enthalpy mai ƙarfi.
An samo lanƙwasa DSC don samfuran SA (a) da SATEOS6 (b) a zagayen dumama da sanyaya na 1 da 30.
A cikin wannan binciken, an gudanar da bincike mai tsari kan ƙananan ƙwayoyin halitta ta amfani da SA a matsayin babban abu da SiO2 a matsayin kayan harsashi. Ana amfani da TEOS a matsayin abin da ya fara samar da layin tallafi na SiO2 da kuma layin kariya a saman SA. Bayan nasarar haɗa ƙananan ƙwayoyin halitta SA, FT-IR, XRD, XPS, SEM da EDS sakamakon ya nuna kasancewar SiO2. Binciken SEM ya nuna cewa samfurin SATEOS6 yana nuna ƙwayoyin halitta masu siffar ƙwallo waɗanda aka tsara su da harsashin SiO2 a saman SA. Duk da haka, MEPCM tare da ƙarancin abun ciki na SA yana nuna haɗuwa, wanda ke rage aikin PCM. Binciken XPS ya nuna kasancewar Si-O-Si da Si-OH a cikin samfuran ƙananan ƙwayoyin halitta, wanda ya bayyana shaƙar SiO2 a saman SA. Bisa ga nazarin aikin zafi, SATEOS6 yana nuna mafi kyawun ikon adana zafi, tare da yanayin narkewa da ƙarfafawa na 70.37°C da 64.27°C, bi da bi, da kuma zafi mai ɓoye na narkewa da ƙarfafawa na 182.53 J/g da 160.12 J/g. G. bi da bi. Matsakaicin ingancin marufi na SATEOS6 shine 86.68%. Binciken zagayowar zafi na TGA da DSC sun tabbatar da cewa SATEOS6 har yanzu yana da kyakkyawan kwanciyar hankali da aminci koda bayan hanyoyin dumama da sanyaya guda 30.
Yang T., Wang XY da Li D. Binciken Aiki na Tsarin Shafawa Mai Ƙarfi na Iskar Gas don Ajiye Makamashin Zafi da Inganta Ingancinsa. Aikace-aikacen. Mai zafi. injiniya. 150, 512–521 (2019).
Farid, MM, Khudhair, AM, Razak, S. da Al-Hallaj, S. Bita kan ajiyar makamashi na canjin lokaci: kayan aiki da aikace-aikace. Mai canza makamashi. Manaja. 45, 1597–1615 (2004).
Regin AF, Solanki SS da Saini JS Aikin canja wurin zafi na tsarin adana makamashin zafi ta amfani da ƙwayoyin PCM: bita. sabuntawa. tallafi. Energy Rev 12, 2438–2458 (2008).
Liu, M., Saman, W. da Bruno, F. Sharhin Kayan Ajiya da Fasahar Inganta Ayyukan Zafi don Tsarin Ajiya Mai Sauyin Yanayin Zafi Mai Tsanani. sabuntawa. tallafi. Makamashi Rev 16, 2118–2132 (2012).
Fang Guoying, Li Hong, Liu Xiang, Wu SM Shiri da kuma bayanin kayan canjin yanayin makamashin zafi na nano-tetradecane. Injiniyoyi. Sinadaran. J. 153, 217–221 (2009).
Mu, B. da Li, M. Haɗa sabbin kayan haɗin da ke canza siffa ta hanyar amfani da aerogels na graphene da aka gyara don canza makamashin rana da adanawa. Sol. Kayan makamashi. Sol. Cell 191, 466–475 (2019).
Huang, K., Alva, G., Jia, Y., da Fang, G. Halayyar siffofi da amfani da kayan canjin lokaci a cikin ajiyar makamashin zafi: bita. sabuntawa. tallafi. Energy Ed. 72, 128–145 (2017).