Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझरच्या आवृत्तीमध्ये CSS साठी मर्यादित समर्थन आहे. सर्वोत्तम परिणामांसाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही तुमच्या ब्राउझरची नवीन आवृत्ती वापरावी (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमधील कॉम्पॅटिबिलिटी मोड अक्षम करावा). दरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही ही साइट स्टायलिंग किंवा जावास्क्रिप्टशिवाय प्रदर्शित करत आहोत.
स्टिअरिक ॲसिड (SA) चा वापर ऊर्जा साठवण उपकरणांमध्ये फेज चेंज मटेरियल (PCM) म्हणून केला जातो. या अभ्यासात, SiO2 शेल सर्फॅक्टंटचे मायक्रोएनकॅप्सुलेशन करण्यासाठी सोल-जेल पद्धतीचा वापर करण्यात आला. SA चे विविध प्रमाण (5, 10, 15, 20, 30, आणि 50 ग्रॅम) 10 मिली टेट्राएथिल ऑर्थोसिलिकेट (TEOS) मध्ये एनकॅप्सुलेट करण्यात आले. संश्लेषित मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड फेज चेंज मटेरियलचे (MEPCM) वैशिष्ट्यीकरण फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FT-IR), एक्स-रे डिफ्रेक्शन (XRD), एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS), आणि स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) द्वारे करण्यात आले. वैशिष्ट्यीकरणाच्या निकालांवरून असे दिसून आले की SA हे SiO2 द्वारे यशस्वीरित्या एनकॅप्सुलेट झाले होते. थर्मोग्रॅव्हिमेट्रिक ॲनालिसिस (TGA) ने दाखवले की MEPCM मध्ये CA पेक्षा चांगली औष्णिक स्थिरता आहे. डिफरेंशियल स्कॅनिंग कॅलरीमेट्री (DSC) वापरून असे आढळून आले की 30 हीटिंग-कूलिंग सायकलनंतरही MEPCM च्या एन्थाल्पी मूल्यात बदल झाला नाही. सर्व सूक्ष्म-आवेष्टित नमुन्यांमध्ये, MEPCM असलेल्या 50 ग्रॅम SA ​​मध्ये वितळण्याची आणि घनीभवनाची सुप्त उष्णता सर्वाधिक होती, जी अनुक्रमे 182.53 J/g आणि 160.12 J/g होती. औष्णिक माहितीचा वापर करून पॅकेज कार्यक्षमतेचे मूल्य मोजण्यात आले आणि त्याच नमुन्यासाठी सर्वाधिक कार्यक्षमता 86.68% आढळली.
बांधकाम उद्योगात वापरल्या जाणाऱ्या ऊर्जेपैकी अंदाजे ५८% ऊर्जा इमारतींना गरम आणि थंड करण्यासाठी वापरली जाते¹. त्यामुळे, पर्यावरण प्रदूषणाचा विचार करणाऱ्या कार्यक्षम ऊर्जा प्रणाली तयार करणे ही सर्वात आवश्यक गोष्ट आहे². फेज चेंज मटेरियल्स (PCM) वापरणारे सुप्त उष्णता तंत्रज्ञान कमी तापमानातील चढउतारात उच्च ऊर्जा साठवू शकते³,⁴,⁵,⁶ आणि उष्णता हस्तांतरण, सौर ऊर्जा साठवण, एरोस्पेस आणि वातानुकूलन⁷,⁸,⁹ यांसारख्या क्षेत्रांमध्ये त्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जाऊ शकतो. PCM दिवसा इमारतीच्या बाहेरील भागातून औष्णिक ऊर्जा शोषून घेते आणि रात्री ऊर्जा बाहेर सोडते¹⁰. त्यामुळे, औष्णिक ऊर्जा साठवण सामग्री म्हणून फेज चेंज मटेरियल्सची शिफारस केली जाते. याव्यतिरिक्त, सॉलिड-सॉलिड, सॉलिड-लिक्विड, लिक्विड-गॅस आणि सॉलिड-गॅस¹¹ असे PCM चे विविध प्रकार आहेत. त्यापैकी, सॉलिड-सॉलिड फेज चेंज मटेरियल्स आणि सॉलिड-लिक्विड फेज चेंज मटेरियल्स हे सर्वात लोकप्रिय आणि वारंवार वापरले जाणारे फेज चेंज मटेरियल्स आहेत. तथापि, लिक्विड-गॅस आणि सॉलिड-गॅस फेज ट्रान्झिशन मटेरियल्समधील प्रचंड आकारमान बदलांमुळे त्यांचा वापर करणे खूप कठीण आहे.
पीसीएमचे (PCM) त्याच्या गुणधर्मांमुळे विविध उपयोग आहेत: जे १५°C पेक्षा कमी तापमानात वितळतात त्यांचा उपयोग वातानुकूलन प्रणालीमध्ये थंड तापमान टिकवून ठेवण्यासाठी केला जाऊ शकतो, आणि जे ९०°C पेक्षा जास्त तापमानात वितळतात त्यांचा उपयोग हीटिंग सिस्टीममध्ये आग रोखण्यासाठी केला जाऊ शकतो¹². उपयोग आणि वितळणबिंदूच्या श्रेणीनुसार, विविध सेंद्रिय आणि असेंद्रिय रसायनांपासून विविध फेज चेंज मटेरियल्स संश्लेषित केले गेले आहेत¹³,¹⁴,¹⁵. पॅराफिन हे उच्च सुप्त उष्णता, क्षरणरहितता, सुरक्षितता आणि विस्तृत वितळणबिंदू श्रेणी असलेले सर्वात सामान्यपणे वापरले जाणारे फेज चेंज मटेरियल आहे¹⁶,¹⁷,¹⁸,¹⁹,²⁰,²¹.
तथापि, फेज चेंज मटेरियल्सच्या कमी औष्णिक वाहकतेमुळे, फेज चेंज प्रक्रियेदरम्यान मूळ पदार्थाची गळती रोखण्यासाठी त्यांना एका कवचात (बाह्य थरात) बंदिस्त करणे आवश्यक असते²². याव्यतिरिक्त, कार्यान्वयनातील चुका किंवा बाह्य दाबामुळे बाह्य थराला (क्लॅडिंगला) नुकसान पोहोचू शकते, आणि वितळलेला फेज चेंज मटेरियल बांधकाम साहित्याशी अभिक्रिया करून, आत असलेल्या स्टील बारचे क्षरण घडवून आणू शकतो, ज्यामुळे इमारतीची सेवाक्षमता कमी होते²³. म्हणून, पुरेशा कवच सामग्रीसह बंदिस्त फेज चेंज मटेरियल्सचे संश्लेषण करणे महत्त्वाचे आहे, जे वरील समस्यांचे निराकरण करू शकते²⁴.
फेज चेंज मटेरियल्सचे मायक्रोएनकॅप्सुलेशन उष्णता हस्तांतरण प्रभावीपणे वाढवू शकते, पर्यावरणीय प्रतिक्रिया कमी करू शकते आणि आकारमानातील बदल नियंत्रित करू शकते. पीसीएम एनकॅप्सुलेशनसाठी विविध पद्धती विकसित केल्या गेल्या आहेत, जसे की इंटरफेशियल पॉलिमरायझेशन२५,२६,२७,२८, इन सिटू पॉलिमरायझेशन२९,३०,३१,३२, कोअसरवेशन३३,३४,३५ आणि सोल-जेल प्रक्रिया३६,३७,३८,३९. फॉर्मल्डिहाइड रेझिनचा वापर मायक्रोएनकॅप्सुलेशनसाठी केला जाऊ शकतो४०,४१,४२,४३. मेलामाइन-फॉर्मल्डिहाइड आणि युरिया-फॉर्मल्डिहाइड रेझिनचा वापर शेल मटेरियल म्हणून केला जातो, जे ऑपरेशन दरम्यान अनेकदा विषारी फॉर्मल्डिहाइड उत्सर्जित करतात. त्यामुळे, पॅकेजिंग प्रक्रियेमध्ये या सामग्रीच्या वापरास मनाई आहे. तथापि, फॅटी ऍसिड आणि लिग्निनवर आधारित हायब्रीड नॅनोकॅप्सूल वापरून स्केलेबल थर्मल एनर्जी स्टोरेजसाठी पर्यावरणपूरक फेज चेंज मटेरियल्सचे संश्लेषण केले जाऊ शकते४४.
झांग आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी (४५) टेट्राएथिल ऑर्थोसिलिकेटपासून लॉरिक ॲसिडचे संश्लेषण केले आणि असा निष्कर्ष काढला की, जसे मिथाइलट्रायएथॉक्सिसिलीनचे टेट्राएथिल ऑर्थोसिलिकेटशी असलेले प्रमाण वाढते, तशी सुप्त उष्णता कमी होते आणि पृष्ठभागाची जलविरोधीता वाढते. लॉरिक ॲसिड हे कापूस तंतूंसाठी एक संभाव्य आणि प्रभावी गाभा सामग्री असू शकते (४६). याव्यतिरिक्त, लतीबारी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी (४७) कवच सामग्री म्हणून TiO2 वापरून स्टिअरिक ॲसिड-आधारित PCMs चे संश्लेषण केले. झू आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी संभाव्य PCMs म्हणून एन-ऑक्टाडेकेन आणि सिलिकॉन नॅनोकॅप्सूल तयार केले (४८). साहित्याच्या आढाव्यावरून, प्रभावी आणि स्थिर सूक्ष्म-आवेष्टित प्रावस्था बदल सामग्रीच्या निर्मितीसाठी शिफारस केलेले प्रमाण समजणे कठीण आहे.
म्हणून, लेखकांच्या माहितीनुसार, कार्यक्षम आणि स्थिर सूक्ष्म-आवेष्टित प्रावस्था बदल सामग्रीच्या उत्पादनासाठी सूक्ष्म-आवेष्टनासाठी वापरल्या जाणाऱ्या प्रावस्था बदल सामग्रीचे प्रमाण हा एक महत्त्वाचा मापदंड आहे. प्रावस्था बदल सामग्रीचे वेगवेगळे प्रमाण वापरल्याने आपल्याला सूक्ष्म-आवेष्टित प्रावस्था बदल सामग्रीचे विविध गुणधर्म आणि स्थिरता स्पष्ट करता येईल. स्टिअरिक ॲसिड (फॅटी ॲसिड) हा एक पर्यावरणपूरक, वैद्यकीयदृष्ट्या महत्त्वाचा आणि किफायतशीर पदार्थ आहे, जो औष्णिक ऊर्जा साठवण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो, कारण त्याचे एन्थाल्पी मूल्य जास्त असते (~२०० जूल/ग्रॅम) आणि तो ७२°C पर्यंतचे तापमान सहन करू शकतो. याव्यतिरिक्त, SiO2 ज्वलनशील नाही, गाभ्याच्या सामग्रीला उच्च यांत्रिक शक्ती, औष्णिक वाहकता आणि उत्तम रासायनिक प्रतिकारशक्ती प्रदान करते, आणि बांधकामात पोझोलॅनिक सामग्री म्हणून काम करते. जेव्हा सिमेंट पाण्यात मिसळले जाते, तेव्हा मोठ्या काँक्रीटच्या बांधकामात निर्माण होणाऱ्या यांत्रिक झीज आणि उच्च तापमानामुळे (हायड्रेशनची उष्णता) खराब आवेष्टित प्रावस्था बदल सामग्रीला तडे जाऊ शकतात. म्हणून, SiO2 कवचासह सूक्ष्म-आवेष्टित CA चा वापर केल्याने ही समस्या सुटू शकते. म्हणून, बांधकाम क्षेत्रातील उपयोगांमध्ये सोल-जेल प्रक्रियेद्वारे संश्लेषित केलेल्या पीसीएमची (PCMs) कार्यक्षमता आणि परिणामकारकता तपासणे हा या अभ्यासाचा उद्देश होता. या कामात, आम्ही SiO2 कवचांमध्ये बंदिस्त केलेल्या SA (मूळ पदार्थ म्हणून) च्या ५, १०, १५, २०, ३० आणि ५० ग्रॅम या वेगवेगळ्या प्रमाणांचा पद्धतशीरपणे अभ्यास केला. SiO2 कवच तयार करण्यासाठी पूर्वगामी द्रावण म्हणून १० मिलीलीटर आकारमानाच्या टेट्राएथिलऑर्थोसिलिकेटचे (TEOS) एक निश्चित प्रमाण वापरण्यात आले.
गाभ्याच्या पदार्थाच्या स्वरूपातील रिऍक्टिव्ह ग्रेड स्टिअरिक ऍसिड (SA, C18H36O2, वितळणबिंदू: ७२°C) दक्षिण कोरियातील ग्योंगगी-दो येथील डेजुंग केमिकल अँड मेटल्स कं. लि. कडून खरेदी करण्यात आले. पूर्वसूचक द्रावणाच्या स्वरूपातील टेट्राएथिलऑर्थोसिलिकेट (TEOS, C8H20O4Si) बेल्जियममधील गीएल येथील ऍक्रोस ऑर्गॅनिक्स कडून खरेदी करण्यात आले. याव्यतिरिक्त, ऍब्सोल्युट इथेनॉल (EA, C2H5OH) आणि सोडियम लॉरिल सल्फेट (SLS, C12H25NaO4S) दक्षिण कोरियातील ग्योंगगी-दो येथील डेजुंग केमिकल अँड मेटल्स कं. लि. कडून खरेदी करण्यात आले आणि त्यांचा अनुक्रमे द्रावक आणि पृष्ठक्रियाकारक म्हणून वापर करण्यात आला. ऊर्ध्वपातित पाण्याचाही द्रावक म्हणून वापर केला जातो.
वेगवेगळ्या प्रमाणात SA (सॅलिसिलिक ऍसिड) हे सोडियम लॉरिल सल्फेटच्या (SLS) वेगवेगळ्या प्रमाणांसोबत 100 मिली डिस्टिल्ड वॉटरमध्ये, 800 rpm आणि 75 °C तापमानावर 1 तासासाठी मॅग्नेटिक स्टिरर वापरून मिसळण्यात आले (तक्ता 1). SA इमल्शन्स दोन गटांमध्ये विभागली गेली: (1) 5, 10 आणि 15 ग्रॅम SA ​​हे 100 मिली डिस्टिल्ड वॉटरमध्ये 0.10 ग्रॅम SLS सोबत मिसळण्यात आले (SATEOS1, SATEOS2 आणि SATEOS3), (2) 20, 30 आणि 50 ग्रॅम SA ​​हे 100 मिली डिस्टिल्ड वॉटरमध्ये 0.15, 0.20 आणि 0.25 ग्रॅम SLS सोबत मिसळण्यात आले (SATEOS4, SATEOS5 आणि SATEOS6). संबंधित इमल्शन्स तयार करण्यासाठी 5, 10 आणि 15 ग्रॅम SA ​​सोबत 0.10 ग्रॅम SLS वापरण्यात आले. त्यानंतर, SATEOS4, SATEOS5 आणि SATEOS6 साठी SLS ची संख्या वाढवण्याचा प्रस्ताव ठेवण्यात आला. स्थिर इमल्शन द्रावण मिळवण्यासाठी वापरलेल्या CA आणि SLS चे गुणोत्तर तक्ता १ मध्ये दाखवले आहे.
१०० मिलीलीटरच्या बीकरमध्ये १० मिलीलीटर TEOS, १० मिलीलीटर इथेनॉल (EA) आणि २० मिलीलीटर डिस्टिल्ड वॉटर घ्या. SA आणि SiO2 कवचांच्या वेगवेगळ्या गुणोत्तरांच्या एनकॅप्सुलेशन कार्यक्षमतेचा अभ्यास करण्यासाठी, सर्व नमुन्यांचे संश्लेषण गुणांक नोंदवले गेले. हे मिश्रण मॅग्नेटिक स्टिररने ४०० rpm वेगाने आणि ६०°C तापमानावर १ तास ढवळले गेले. त्यानंतर, तयार केलेल्या SA इमल्शनमध्ये प्रीकर्सर द्रावण थेंब-थेंब करून टाकले गेले, ८०० rpm वेगाने आणि ७५°C तापमानावर २ तास जोरदारपणे ढवळले गेले, आणि पांढरी पावडर मिळवण्यासाठी गाळले गेले. उर्वरित SA काढून टाकण्यासाठी पांढरी पावडर डिस्टिल्ड वॉटरने धुतली गेली आणि ४५°C तापमानावर २४ तासांसाठी व्हॅक्यूम ओव्हनमध्ये वाळवली गेली. परिणामी, SiO2 चे कवच असलेले एक मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SC प्राप्त झाले. मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SA च्या संश्लेषणाची आणि तयारीची संपूर्ण प्रक्रिया आकृती १ मध्ये दर्शविली आहे.
सोल-जेल पद्धतीने SiO2 कवच असलेले SA मायक्रोकॅप्सूल तयार करण्यात आले आणि त्यांच्या एनकॅप्सुलेशनची यंत्रणा आकृती २ मध्ये दर्शविली आहे. पहिल्या टप्प्यात, सर्फॅक्टंट म्हणून SLS वापरून जलीय द्रावणात SA इमल्शन तयार केले जाते. या प्रक्रियेत, SA रेणूचे हायड्रोफोबिक टोक SLS ला आणि हायड्रोफिलिक टोक पाण्याच्या रेणूंना जोडले जाते, ज्यामुळे एक स्थिर इमल्शन तयार होते. अशाप्रकारे, SLS चे हायड्रोफोबिक भाग संरक्षित राहतात आणि SA थेंबाच्या पृष्ठभागाला झाकतात. दुसरीकडे, TEOS द्रावणांचे हायड्रोलिसिस पाण्याच्या रेणूंमुळे हळूहळू होते, ज्यामुळे इथेनॉलच्या उपस्थितीत हायड्रोलाइज्ड TEOS तयार होते (आकृती २अ) ४९,५०,५१. हायड्रोलाइज्ड TEOS मध्ये संघनन अभिक्रिया होते, ज्या दरम्यान एन-हायड्रोलाइज्ड TEOS सिलिका क्लस्टर्स तयार करते (आकृती २ब). SLS च्या उपस्थितीत SA52 द्वारे सिलिका क्लस्टर्सचे आवरण केले गेले (आकृती 2c), ज्याला मायक्रोएनकॅप्सुलेशन प्रक्रिया म्हणतात.
SiO2 च्या कवचासह CA च्या सूक्ष्मआवेष्टनाची योजनाबद्ध आकृती (a) TEOS चे जलीय अपघटन (b) जलीय अपघटिताचे संघनन आणि (c) SiO2 च्या कवचासह CA चे आवेष्टन.
मोठ्या प्रमाणात असलेल्या SA आणि सूक्ष्म आवरणातील SA चे रासायनिक विश्लेषण फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर (FT-IR, पर्किन एल्मर UATR टू, यूएसए) वापरून करण्यात आले आणि 500 ​​ते 4000 cm-1 च्या श्रेणीमध्ये स्पेक्ट्रा नोंदवले गेले.
बल्क एसए फेजेस आणि मायक्रोकॅप्सूल मटेरियल्सचे विश्लेषण करण्यासाठी एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर (XRD, D/MAX-2500, रिगाकू, जपान) वापरण्यात आला. एक्स-रे स्ट्रक्चरल स्कॅनिंग 2θ = 5°–95° या रेंजमध्ये 4°/मिनिटच्या स्कॅनिंग गतीने, Cu-Kα रेडिएशन (λ = 1.541 Å), 25 kV आणि 100 mA या ऑपरेटिंग कंडिशन्स वापरून, कंटिन्युअस स्कॅनिंग मोडमध्ये करण्यात आले. सर्व नमुन्यांमध्ये 50° नंतर कोणतेही पीक आढळले नसल्यामुळे, एक्स-रे इमेजेस 2θ = 5–50° या रेंजमध्ये तयार करण्यात आल्या.
मोठ्या प्रमाणात असलेल्या SA ची रासायनिक स्थिती तसेच एनकॅप्सुलेशन मटेरियलमध्ये उपस्थित असलेल्या मूलद्रव्यांना समजून घेण्यासाठी, एक्स-रे स्रोत म्हणून Al Kα (1486.6 eV) वापरून एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS, सायंटा ओमिक्रॉन R3000, USA) करण्यात आली. गोळा केलेले XPS स्पेक्ट्रा एक्झॉटिक कार्बन (बाइंडिंग एनर्जी 284.6 eV) वापरून C 1s पीकवर कॅलिब्रेट करण्यात आले. शर्ली पद्धतीचा वापर करून बॅकग्राउंड करेक्शन केल्यानंतर, प्रत्येक मूलद्रव्याचे हाय-रिझोल्यूशन पीक्स डीकन्व्होल्यूट करण्यात आले आणि CASA XPS सॉफ्टवेअर वापरून गॉसियन/लॉरेन्झियन फंक्शन्समध्ये फिट करण्यात आले.
१५ kV वर एनर्जी-डिस्पर्सिव्ह एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) ने सुसज्ज असलेल्या स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM, MIRA3, TESCAN, ब्रनो, झेक प्रजासत्ताक) वापरून बल्क SC आणि मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SC च्या मॉर्फोलॉजीची तपासणी करण्यात आली. SEM इमेजिंग करण्यापूर्वी, चार्जिंगचे परिणाम टाळण्यासाठी नमुन्यांवर प्लॅटिनम (Pt) चा लेप चढवण्यात आला.
औष्णिक गुणधर्म (वितळण/घनीभवन बिंदू आणि सुप्त उष्णता) आणि विश्वसनीयता (औष्णिक चक्रीकरण) हे डिफरेंशियल स्कॅनिंग कॅलरीमेट्री (DSC, TA इन्स्ट्रुमेंट, डिस्कव्हरी DSC, न्यूकॅसल, USA) वापरून ४०°C आणि ९०°C तापमानावर १०°C/मिनिट या तापविण्याच्या/थंड करण्याच्या दराने आणि सतत नायट्रोजन प्रवाहासह निर्धारित केले गेले. वजन घट विश्लेषण TGA विश्लेषक (TA इन्स्ट्रुमेंट, डिस्कव्हरी TGA, न्यूकॅसल, USA) वापरून ४०-६००°C तापमानापासून सुरू होणाऱ्या नायट्रोजनच्या सतत प्रवाहात, १०°C/मिनिट या तापविण्याच्या दराने केले गेले.
आकृती ३ मध्ये बल्क एससी तसेच मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड एससी (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 आणि SATEOS6) यांचे एफटीआयआर स्पेक्ट्रा दाखवले आहेत. सर्व नमुन्यांमध्ये (एसए तसेच मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड एसए) २९१० सेमी⁻¹ आणि २८५० सेमी⁻¹ येथील शोषण शिखरे अनुक्रमे –CH3 आणि –CH2 गटांच्या सममितीय स्ट्रेचिंग कंपनांमुळे आहेत¹⁰,⁵⁰. १७०५ सेमी⁻¹ येथील शिखर C=O बंधाच्या कंपनात्मक स्ट्रेचिंगशी संबंधित आहे. १४७० सेमी⁻¹ आणि १२९५ सेमी⁻¹ येथील शिखरे –OH कार्यात्मक गटाच्या इन-प्लेन बेंडिंग कंपनामुळे आहेत, तर ९४० सेमी⁻¹ आणि ७१९ सेमी⁻¹ येथील शिखरे अनुक्रमे –OH गटाच्या इन-प्लेन कंपन आणि यिल्ड-प्लेन डिफॉर्मेशन कंपनांशी संबंधित आहेत. सर्व मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SA मध्ये 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 आणि 719 cm-1 वर SA चे शोषण शिखर (absorption peaks) देखील दिसून आले. याव्यतिरिक्त, SA मायक्रोकॅप्सूलमध्ये Si-O-Si बँडच्या अँटीसिमेट्रिक स्ट्रेचिंग व्हायब्रेशनशी संबंधित 1103 cm-1 वर एक नवीन शोधलेले शिखर दिसून आले. FT-IR चे निष्कर्ष युआन एट अल. 50 यांच्या निष्कर्षांशी सुसंगत आहेत. त्यांनी अमोनिया/इथेनॉल गुणोत्तरामध्ये यशस्वीरित्या मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SA तयार केले आणि त्यांना आढळले की SA आणि SiO2 मध्ये कोणताही रासायनिक संवाद (chemical interaction) झाला नाही. सध्याच्या FT-IR अभ्यासाचे निष्कर्ष दर्शवतात की SiO2 कवचाने हायड्रोलाइज्ड TEOS च्या संघनन (condensation) आणि बहुलकीकरण (polymerization) प्रक्रियेद्वारे SA (कोर) यशस्वीरित्या एनकॅप्सुलेट केले. कमी SA प्रमाण असताना, Si-O-Si बँडच्या शिखराची तीव्रता जास्त असते (आकृती 3b-d). जेव्हा SA चे प्रमाण 15 ग्रॅमपेक्षा जास्त होते, तेव्हा शिखराची तीव्रता आणि Si-O-Si बँडची रुंदी हळूहळू कमी होते, जे SA च्या पृष्ठभागावर SiO2 चा पातळ थर तयार झाल्याचे दर्शवते.
(a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 आणि (g) SATEOS6 चे FTIR स्पेक्ट्रा.
बल्क SA आणि मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SA चे XRD पॅटर्न आकृती 4 मध्ये दाखवले आहेत. XRD शिखरे 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° (JCPDS क्रमांक 0381923 नुसार), सर्व नमुन्यांमध्ये 21.42° (311), 24.04° (602) आणि 39.98° (913) येथे आहेत, जे SA ला नियुक्त केले आहेत. सर्फॅक्टंट (SLS), इतर अवशिष्ट पदार्थ आणि SiO250 चे मायक्रोएनकॅप्सुलेशन यांसारख्या अनिश्चित घटकांमुळे बल्क CA सह विकृती आणि संकरितता येते. एनकॅप्सुलेशन झाल्यानंतर, बल्क CA च्या तुलनेत मुख्य शिखरांची (300), (500), (311), आणि (602) तीव्रता हळूहळू कमी होते, जे नमुन्याच्या क्रिस्टलीयतेमध्ये घट झाल्याचे दर्शवते.
(a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 आणि (g) SATEOS6 चे XRD नमुने.
इतर नमुन्यांच्या तुलनेत SATEOS1 ची तीव्रता झपाट्याने कमी होते. सर्व सूक्ष्म-आवेष्टित नमुन्यांमध्ये (आकृती ४ब-ग) इतर कोणतीही शिखरे आढळली नाहीत, जे हे सिद्ध करते की SA पृष्ठभागावर रासायनिक आंतरक्रियेऐवजी SiO2 चे भौतिक अधिशोषण होते. याव्यतिरिक्त, असाही निष्कर्ष काढण्यात आला की SA च्या सूक्ष्म-आवेष्टणामुळे कोणत्याही नवीन संरचना निर्माण झाल्या नाहीत. SiO2 कोणत्याही रासायनिक अभिक्रियेविना SA पृष्ठभागावर अबाधित राहते आणि SA चे प्रमाण कमी झाल्यावर, अस्तित्वात असलेली शिखरे अधिक स्पष्ट होतात (SATEOS1). हा परिणाम दर्शवितो की SiO2 मुख्यत्वे SA पृष्ठभागाला वेष्टित करते. SATEOS 1 मध्ये (700) येथील शिखर पूर्णपणे नाहीसे होते आणि \((\overline{5}02})\) येथील शिखर एका उंचवट्यासारखे बनते (आकृती ४ब), जे कमी झालेल्या स्फटिकमयतेशी आणि वाढलेल्या अस्फटिकमयतेशी संबंधित आहे. SiO2 हे स्वरूपतः अस्फटिकी आहे, त्यामुळे 2θ = 19° ते 25° पासून दिसणाऱ्या शिखरांमध्ये उंचवटा आणि रुंदीकरण आढळते53 (आकृती 4b–g), जे अस्फटिकी SiO2 च्या अस्तित्वाची पुष्टी करते52. सूक्ष्म-आवेष्टित SA च्या विवर्तन शिखराची कमी तीव्रता ही सिलिकाच्या आतील भिंतीच्या केंद्रक निर्मिती परिणामामुळे आणि मर्यादित स्फटिकीकरण वर्तनामुळे असते49. असे मानले जाते की, SA चे प्रमाण कमी असताना, मोठ्या प्रमाणात TEOS च्या उपस्थितीमुळे एक जाड सिलिका कवच तयार होते, जे मोठ्या प्रमाणावर SA च्या बाह्य पृष्ठभागावर शोषले जाते. तथापि, SA चे प्रमाण वाढल्यास, इमल्शन द्रावणातील SA थेंबांचे पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढते आणि योग्य आवेष्टनासाठी अधिक TEOS ची आवश्यकता असते. म्हणून, SA चे प्रमाण जास्त असल्यास, FT-IR मधील SiO2 शिखर दाबले जाते (आकृती ३), आणि XRF मध्ये २θ = १९-२५° जवळील विवर्तन शिखराची तीव्रता कमी होते (आकृती ४) आणि विस्तार देखील कमी होतो. तो दिसत नाही. तथापि, आकृती ४ मध्ये पाहिल्याप्रमाणे, SA चे प्रमाण ५ ग्रॅम (SATEOS1) पासून ५० ग्रॅम (SATEOS6) पर्यंत वाढवताच, शिखरे स्थूल SA च्या अगदी जवळ येतात, आणि (७००) वरील शिखर ओळखल्या गेलेल्या सर्व शिखर तीव्रतेसह दिसून येते. हा परिणाम FT-IR परिणामांशी जुळतो, जिथे ११०३ cm-1 वर SiO2 SATEOS6 शिखराची तीव्रता कमी होते (आकृती ३g).
SA, SATEOS1 आणि SATEOS6 मध्ये असलेल्या मूलद्रव्यांच्या रासायनिक अवस्था आकृती १ आणि २, आकृती ५, ६, ७ आणि ८ आणि तक्ता २ मध्ये दर्शविल्या आहेत. बल्क SA, SATEOS1 आणि SATEOS6 साठीचे मापन स्कॅन आकृती ५ मध्ये दर्शविले आहेत आणि C 1s, O 1s आणि Si 2p साठीचे उच्च रिझोल्यूशन स्कॅन अनुक्रमे आकृती ५, ६, ७ आणि ८ आणि तक्ता २ मध्ये दर्शविले आहेत. XPS द्वारे प्राप्त बंधन ऊर्जा मूल्ये तक्ता २ मध्ये सारांशित केली आहेत. आकृती ५ वरून पाहिल्याप्रमाणे, SATEOS1 आणि SATEOS6 मध्ये स्पष्ट Si 2s आणि Si 2p शिखरे दिसून आली, जिथे SiO2 कवचाचे सूक्ष्म-आवेष्टन (microencapsulation) झाले होते. मागील संशोधकांनी १५५.१ eV५४ वर अशाच प्रकारच्या Si 2s शिखराची नोंद केली आहे. SATEOS1 (आकृती 5b) आणि SATEOS6 (आकृती 5c) मध्ये Si शिखरांची उपस्थिती FT-IR (आकृती 3) आणि XRD (आकृती 4) डेटाची पुष्टी करते.
आकृती 6a मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, बल्क SA च्या C 1s मध्ये अनुक्रमे 284.5 eV, 285.2 eV आणि 289.5 eV या बंधन ऊर्जेवर CC, कॅलिफॅटिक आणि O=C=O चे तीन वेगवेगळे शिखर आहेत. C–C, कॅलिफॅटिक आणि O=C=O शिखर SATEOS1 (आकृती 6b) आणि SATEOS6 (आकृती 6c) मध्ये देखील आढळले आणि त्यांचा सारांश तक्ता 2 मध्ये दिला आहे. याव्यतिरिक्त, C 1s शिखर 283.1 eV (SATEOS1) आणि 283.5 eV (SATEOS6) वर एका अतिरिक्त Si-C शिखराशी देखील संबंधित आहे. C–C, कॅलिफॅटिक, O=C=O आणि Si–C साठी आमच्या निरीक्षित बंधन ऊर्जा इतर स्रोतांशी55,56 चांगल्या प्रकारे जुळतात.
O 1 SA, SATEOS1 आणि SATEOS6 चे XPS स्पेक्ट्रा अनुक्रमे आकृती 7a–c मध्ये दाखवले आहेत. बल्क SA च्या O 1s पीकचे डीकन्व्होल्यूशन केले असता, त्यात C=O/C–O (531.9 eV) आणि C–O–H (533.0 eV) असे दोन पीक्स आढळतात, तर SATEOS1 आणि SATEOS6 चे O 1 सुसंगत आहेत. त्यात फक्त तीन पीक्स आहेत: C=O/C–O, C–O–H आणि Si–OH55,57,58. बल्क SA च्या तुलनेत SATEOS1 आणि SATEOS6 मधील O 1s बंधन ऊर्जा किंचित बदलते, जे शेल मटेरियलमध्ये SiO2 आणि Si-OH च्या उपस्थितीमुळे रासायनिक फ्रॅगमेंटमध्ये होणाऱ्या बदलाशी संबंधित आहे.
SATEOS1 आणि SATEOS6 चे Si 2p XPS स्पेक्ट्रा अनुक्रमे आकृती 8a आणि b मध्ये दाखवले आहेत. बल्क CA मध्ये, SiO2 च्या अनुपस्थितीमुळे Si 2p चे निरीक्षण केले गेले नाही. Si 2p पीक हे SATEOS1 साठी 105.4 eV आणि SATEOS6 साठी 105.0 eV आहे, जे Si-O-Si शी संबंधित आहे, तर SATEOS1 चे पीक 103.5 eV आणि SATEOS6 चे पीक 103.3 eV आहे, जे Si-OH शी संबंधित आहे. SATEOS1 आणि SATEOS6 मधील Si-O-Si आणि Si-OH पीक फिटिंगने SA कोरच्या पृष्ठभागावर SiO2 चे यशस्वी मायक्रोएनकॅप्सुलेशन झाल्याचे उघड केले.
सूक्ष्म-आवेष्टित पदार्थाचे आकारशास्त्र खूप महत्त्वाचे आहे, जे विद्राव्यता, स्थिरता, रासायनिक अभिक्रियाशीलता, प्रवाहीपणा आणि मजबुतीवर परिणाम करते⁵⁹. म्हणून, आकृती ९ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, स्थूल SA (१००×) आणि सूक्ष्म-आवेष्टित SA (५००×) यांच्या आकारशास्त्राचे वैशिष्ट्यीकरण करण्यासाठी SEM चा वापर करण्यात आला. आकृती ९अ वरून पाहिल्याप्रमाणे, SA ब्लॉकचा आकार लंबवर्तुळाकार आहे. कणांचा आकार ५०० मायक्रॉनपेक्षा जास्त आहे. तथापि, एकदा सूक्ष्म-आवेष्टण प्रक्रिया पुढे चालू राहिली की, आकृती ९ ब-ग मध्ये दाखवल्याप्रमाणे आकारशास्त्रात लक्षणीय बदल होतो.
(a) SA (×100), (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 आणि (g) SATEOS6 चे ×500 वरील SEM प्रतिमा.
SATEOS1 नमुन्यामध्ये, खडबडीत पृष्ठभाग असलेले लहान, अर्ध-गोलाकार, SiO2-वेष्टित SA कण आढळतात (आकृती 9b). हे SA च्या पृष्ठभागावर TEOS च्या जलविघटन आणि संघनन बहुलकीकरणामुळे असू शकते, ज्यामुळे इथेनॉल रेणूंच्या जलद प्रसाराला गती मिळते. परिणामी, SiO2 कण जमा होतात आणि त्यांचे एकत्रीकरण दिसून येते52,60. हे SiO2 कवच सूक्ष्म-आवेष्टित CA कणांना यांत्रिक शक्ती प्रदान करते आणि उच्च तापमानात वितळलेल्या CA ची गळती देखील रोखते10. हा परिणाम दर्शवितो की SiO2 असलेले SA सूक्ष्म-आवेष्टन संभाव्य ऊर्जा साठवण सामग्री म्हणून वापरले जाऊ शकतात61. आकृती 9b वरून पाहिल्याप्रमाणे, SATEOS1 नमुन्यामध्ये SA ला वेढणाऱ्या SiO2 च्या जाड थरासह कणांचे एकसमान वितरण आहे. सूक्ष्म-आवेष्टित SA (SATEOS1) च्या कणांचा आकार अंदाजे 10–20 μm आहे (आकृती 9b), जो कमी SA प्रमाणामुळे स्थूल SA च्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या लहान आहे. मायक्रो कॅप्सूलच्या थराची जाडी ही पूर्वसूचक द्रावणाच्या जलविश्लेषण आणि संघनन बहुलकीकरणामुळे असते. SA च्या कमी डोसमध्ये, म्हणजे 15 ग्रॅम पर्यंत (आकृती 9b-d), गुच्छीकरण होते, परंतु डोस वाढवताच, कोणतेही गुच्छीकरण दिसून येत नाही, उलट स्पष्टपणे परिभाषित गोलाकार कण दिसून येतात (आकृती 9e-g) 62.
याव्यतिरिक्त, जेव्हा SLS सर्फॅक्टंटचे प्रमाण स्थिर असते, तेव्हा SA सामग्री (SATEOS1, SATEOS2 आणि SATEOS3) देखील कार्यक्षमता, आकार आणि कणांच्या आकार वितरणावर परिणाम करते. अशाप्रकारे, SATEOS1 मध्ये लहान कणांचा आकार, एकसमान वितरण आणि दाट पृष्ठभाग असल्याचे आढळले (आकृती 9b), ज्याचे श्रेय स्थिर सर्फॅक्टंट63 अंतर्गत दुय्यम न्यूक्लिएशनला प्रोत्साहन देणाऱ्या SA च्या हायड्रोफिलिक स्वभावाला दिले जाते. असे मानले जाते की SA सामग्री 5 ग्रॅमवरून 15 ग्रॅमपर्यंत (SATEOS1, SATEOS2 आणि SATEOS3) वाढवून आणि सर्फॅक्टंटचे स्थिर प्रमाण, म्हणजेच 0.10 ग्रॅम SLS (तक्ता 1) वापरल्यास, सर्फॅक्टंट रेणूच्या प्रत्येक कणाचे योगदान कमी होईल, ज्यामुळे SATEOS2 (आकृती 9c) आणि SATEOS3 (आकृती 9d) चे वितरण SATEOS 1 (आकृती 9b) च्या वितरणापेक्षा वेगळे आहे.
SATEOS1 (आकृती 9b) च्या तुलनेत, SATEOS2 ने सूक्ष्म-आवेष्टित SA ची दाट रचना दर्शविली आणि कणांचा आकार वाढला (आकृती 9c). हे एकत्रीकरणामुळे होते ४९, ज्यामुळे गोठण्याचा दर कमी होतो (आकृती 2b). SLS वाढल्याने SC चे प्रमाण वाढते, त्यामुळे सूक्ष्म-आवेष्टने स्पष्टपणे दिसू लागतात, जसे आकृतीमध्ये एकत्रीकरण कसे होते हे दाखवले आहे. याव्यतिरिक्त, आकृत्या 9e–g दर्शवतात की सर्व कण स्पष्टपणे गोलाकार आकाराचे आहेत. हे ओळखले गेले आहे की मोठ्या प्रमाणात SA च्या उपस्थितीत, सिलिका ऑलिगोमर्सची योग्य मात्रा मिळू शकते, ज्यामुळे योग्य संघनन आणि आवेष्टन होते आणि परिणामी सु-परिभाषित सूक्ष्म-आवेष्टने तयार होतात४९. SEM परिणामांवरून हे स्पष्ट होते की, कमी प्रमाणात SA च्या तुलनेत SATEOS6 ने अनुरूप सूक्ष्म-आवेष्टने तयार केली.
बल्क SA आणि मायक्रोकॅप्सूल SA च्या एनर्जी डिसपर्सिव्ह एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) चे परिणाम तक्ता ३ मध्ये सादर केले आहेत. या तक्त्यावरून असे दिसून येते की, SA मध्ये वाढ झाल्यामुळे Si चे प्रमाण SATEOS1 (१२.३४%) पासून SATEOS6 (२.६८%) पर्यंत हळूहळू कमी होते. त्यामुळे, आपण असे म्हणू शकतो की SA च्या प्रमाणात वाढ झाल्यामुळे SA च्या पृष्ठभागावर SiO2 च्या निक्षेपणात घट होते. EDS51 च्या अर्ध-परिमाणात्मक विश्लेषणामुळे तक्ता ३ मध्ये C आणि O च्या प्रमाणासाठी कोणतीही सुसंगत मूल्ये नाहीत. मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SA च्या Si प्रमाणाचा संबंध FT-IR, XRD आणि XPS परिणामांशी जोडण्यात आला.
मोठ्या प्रमाणातील SA तसेच SiO2 कवचासह सूक्ष्म-आवेष्टित SA चे वितळणे आणि घनीभवन वर्तन आकृती १ आणि २ मध्ये दर्शविले आहे. ते अनुक्रमे आकृती १० आणि ११ मध्ये दर्शविले आहेत, आणि औष्णिक माहिती तक्ता ४ मध्ये दर्शविली आहे. सूक्ष्म-आवेष्टित SA चे वितळणे आणि घनीभवन तापमान भिन्न असल्याचे आढळले. SA चे प्रमाण वाढल्याने, वितळणे आणि घनीभवन तापमान वाढते आणि मोठ्या प्रमाणातील SA च्या मूल्यांच्या जवळ पोहोचते. SA च्या सूक्ष्म-आवेष्टनानंतर, सिलिकाची भिंत स्फटिकीकरण तापमान वाढवते, आणि तिची भिंत विषमता वाढवण्यासाठी गाभ्याप्रमाणे कार्य करते. म्हणून, SA चे प्रमाण वाढल्याने, वितळणे (आकृती १०) आणि घनीभवन (आकृती ११) तापमान देखील हळूहळू वाढते४९,५१,६४. सर्व सूक्ष्म-आवेष्टित SA नमुन्यांमध्ये, SATEOS6 ने सर्वाधिक वितळणे आणि घनीभवन तापमान दर्शविले, त्यानंतर SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2, आणि SATEOS1 यांचा क्रमांक लागतो.
SATEOS1 सर्वात कमी वितळणबिंदू (68.97 °C) आणि घनीभवन तापमान (60.60 °C) दर्शवते, जे लहान कणांच्या आकारामुळे आहे, ज्यामध्ये मायक्रोकॅप्सूलच्या आत SA कणांची हालचाल खूप कमी असते आणि SiO2 कवच एक जाड थर तयार करते आणि त्यामुळे गाभ्याचे साहित्य ताण आणि हालचाल मर्यादित करते49. ही गृहीतक SEM परिणामांशी संबंधित आहे, जिथे SATEOS1 ने लहान कणांचा आकार दर्शविला (आकृती 9b), जे या वस्तुस्थितीमुळे आहे की SA रेणू मायक्रोकॅप्सूलच्या खूप लहान क्षेत्रात बंदिस्त असतात. मुख्य वस्तुमानाच्या, तसेच SiO2 कवच असलेल्या सर्व SA मायक्रोकॅप्सूलच्या वितळण आणि घनीभवन तापमानातील फरक 6.10–8.37 °C च्या श्रेणीत आहे. हा परिणाम सूचित करतो की SiO2 कवचाच्या चांगल्या औष्णिक वाहकतेमुळे मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SA चा संभाव्य ऊर्जा साठवण सामग्री म्हणून वापर केला जाऊ शकतो65.
तक्ता 4 वरून पाहिल्याप्रमाणे, SEM द्वारे निरीक्षण केलेल्या योग्य एनकॅप्सुलेशनमुळे सर्व मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SCs मध्ये SATEOS6 ची एन्थाल्पी सर्वाधिक आहे (आकृती 9g). SA पॅकिंग दर समीकरण (1) वापरून मोजला जाऊ शकतो. (1) मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SA49 च्या सुप्त उष्णता डेटाची तुलना करून.
R मूल्य हे मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SC च्या एनकॅप्सुलेशनची पातळी (%) दर्शवते, ΔHMEPCM,m हे मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SC च्या वितळण्याची सुप्त उष्णता दर्शवते आणि ΔHPCM,m हे SC च्या वितळण्याची सुप्त उष्णता दर्शवते. याव्यतिरिक्त, पॅकेजिंग कार्यक्षमता (%) ही आणखी एक महत्त्वाची तांत्रिक मापदंड म्हणून मोजली जाते, जसे समीकरण (1) मध्ये दर्शविले आहे. (2)49.
E मूल्य हे सूक्ष्म-एनकॅप्सुलेटेड CA ची एनकॅप्सुलेशन कार्यक्षमता (%) दर्शवते, ΔHMEPCM,s हे सूक्ष्म-एनकॅप्सुलेटेड CA ची सुप्त उपचार उष्णता दर्शवते आणि ΔHPCM,s हे CA ची सुप्त उपचार उष्णता दर्शवते.
तक्ता ४ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, SATEOS1 ची पॅकिंग डिग्री आणि कार्यक्षमता अनुक्रमे ७१.८९% आणि ६७.६८% आहे, आणि SATEOS6 ची पॅकिंग डिग्री आणि कार्यक्षमता अनुक्रमे ९०.८६% आणि ८६.६८% आहे (तक्ता ४). सर्व मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SAs मध्ये, नमुना SATEOS6 सर्वाधिक एनकॅप्सुलेशन गुणांक आणि कार्यक्षमता दर्शवितो, जे त्याची उच्च औष्णिक क्षमता दर्शवते. त्यामुळे, घन अवस्थेतून द्रव अवस्थेत संक्रमण होण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात ऊर्जेची आवश्यकता असते. याव्यतिरिक्त, शीतलीकरण प्रक्रियेदरम्यान सर्व SA मायक्रोकॅप्सूल आणि बल्क SA च्या वितळण्याच्या आणि घनीभवनाच्या तापमानातील फरक हे दर्शवितो की मायक्रोकॅप्सूल संश्लेषणादरम्यान सिलिका कवच अवकाशीयदृष्ट्या मर्यादित असते. अशाप्रकारे, परिणाम दर्शवतात की SC चे प्रमाण वाढल्यास, एनकॅप्सुलेशनचा दर आणि कार्यक्षमता हळूहळू वाढते (तक्ता ४).
बल्क एसए आणि SiO2 कवच असलेल्या मायक्रोकॅप्सूल एसए (SATEOS1, SATEOS3 आणि SATEOS6) यांचे TGA वक्र आकृती १२ मध्ये दाखवले आहेत. बल्क एसए (SATEOS1, SATEOS3 आणि SATEOS6) च्या औष्णिक स्थिरतेच्या गुणधर्मांची तुलना मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड नमुन्यांशी करण्यात आली. TGA वक्रावरून हे स्पष्ट होते की, बल्क एसए तसेच मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड एसएच्या वजनातील घट ४०°C ते १९०°C पर्यंत एकसारखी आणि अगदी किंचित कमी होते. या तापमानावर, बल्क एससीचे औष्णिक विघटन होत नाही, तर मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड एससी ४५°C तापमानावर २४ तास वाळवल्यानंतरही शोषलेले पाणी बाहेर टाकते. यामुळे वजनात किंचित घट झाली,४९ परंतु या तापमानापलीकडे पदार्थाचे विघटन होऊ लागले. कमी एसए प्रमाण असताना (म्हणजे SATEOS1), शोषलेल्या पाण्याचे प्रमाण जास्त असते आणि त्यामुळे १९०°C पर्यंत वस्तुमानातील घट जास्त असते (आकृती १२ मधील इनसेट). तापमान १९०°C च्या वर जाताच, विघटन प्रक्रियेमुळे नमुन्याचे वस्तुमान कमी होऊ लागते. बल्क SA चे विघटन १९०°C ला सुरू होते आणि २६०°C ला फक्त ४% शिल्लक राहते, तर SATEOS1, SATEOS3 आणि SATEOS6 मध्ये याच तापमानाला अनुक्रमे ५०%, २०% आणि १२% शिल्लक राहते. ३००°C नंतर, बल्क SA च्या वस्तुमानात अंदाजे ९७.६०% घट झाली, तर SATEOS1, SATEOS3 आणि SATEOS6 च्या वस्तुमानात अनुक्रमे अंदाजे ५४.२०%, ८२.४०% आणि ९०.३०% घट झाली. SA चे प्रमाण वाढल्याने, SiO2 चे प्रमाण कमी होते (तक्ता ३), आणि SEM मध्ये कवच पातळ झाल्याचे दिसून येते (आकृती ९). अशाप्रकारे, बल्क SA च्या तुलनेत मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड SA चे वजन घटणे कमी आहे, ज्याचे स्पष्टीकरण SiO2 कवचाच्या अनुकूल गुणधर्मांमुळे दिले जाते, जे SA च्या पृष्ठभागावर कार्बनयुक्त सिलिकेट-कार्बनयुक्त थर तयार करण्यास प्रोत्साहन देते, ज्यामुळे SA कोर वेगळा होतो आणि परिणामी बाष्पशील उत्पादनांचे उत्सर्जन मंदावते¹⁰. हा कोळशाचा थर औष्णिक विघटनादरम्यान एक भौतिक संरक्षक अडथळा तयार करतो, ज्यामुळे ज्वलनशील रेणूंचे वायू अवस्थेत रूपांतर मर्यादित होते⁶⁶,⁶⁷. याव्यतिरिक्त, आपल्याला वजन घटण्याचे लक्षणीय परिणाम देखील दिसतात: SATEOS1 हे SATEOS3, SATEOS6 आणि SA च्या तुलनेत कमी मूल्ये दर्शवते. याचे कारण असे आहे की SATEOS1 मध्ये SA चे प्रमाण SATEOS3 आणि SATEOS6 पेक्षा कमी आहे, जिथे SiO2 कवच एक जाड थर तयार करते. याउलट, बल्क SA चे एकूण वजन घटणे ४१५ °C तापमानावर ९९.५०% पर्यंत पोहोचते. तथापि, SATEOS1, SATEOS3, आणि SATEOS6 यांनी 415 °C तापमानावर अनुक्रमे 62.50%, 85.50%, आणि 93.76% वजन घट दर्शविली. या परिणामावरून असे दिसून येते की, TEOS च्या समावेशामुळे SA च्या पृष्ठभागावर SiO2 चा थर तयार होऊन SA चे विघटन सुधारते. हे थर एक भौतिक संरक्षक अडथळा निर्माण करू शकतात, आणि त्यामुळे सूक्ष्म-आवेष्टित CA च्या औष्णिक स्थिरतेमध्ये सुधारणा दिसून येते.
DSC51,52 च्या 30 तापविण्याच्या आणि थंड करण्याच्या चक्रानंतर, बल्क SA आणि सर्वोत्तम मायक्रोएनकॅप्सुलेटेड नमुना (म्हणजे SATEOS 6) यांच्या औष्णिक विश्वासार्हतेचे परिणाम आकृती 13 मध्ये दर्शविले आहेत. असे दिसून येते की, बल्क SA (आकृती 13a) वितळण तापमान, घनीभवन आणि एन्थाल्पी मूल्यात कोणताही फरक दर्शवत नाही, तर SATEOS6 (आकृती 13b) 30 व्या तापविण्याच्या चक्रानंतर आणि थंड करण्याच्या प्रक्रियेनंतरही तापमान आणि एन्थाल्पी मूल्यात कोणताही फरक दर्शवत नाही. बल्क SA ने 72.10 °C वितळण बिंदू, 64.69 °C घनीभवन तापमान दर्शविले आणि पहिल्या चक्रानंतर वितळण्याची आणि घनीभवनाची उष्णता अनुक्रमे 201.0 J/g आणि 194.10 J/g होती. ३० व्या चक्रानंतर, या मूल्यांचा वितलन बिंदू ७१.२४ °C पर्यंत कमी झाला, घनीभवन तापमान ६३.५३ °C पर्यंत कमी झाले आणि एन्थाल्पी मूल्यात १०% घट झाली. वितलन आणि घनीभवन तापमानातील बदल, तसेच एन्थाल्पी मूल्यांमधील घट, हे दर्शवतात की स्थूल CA (bulk CA) हे सूक्ष्म-आवेष्टन नसलेल्या अनुप्रयोगांसाठी अविश्वसनीय आहे. तथापि, योग्य सूक्ष्म-आवेष्टन (SATEOS6) झाल्यानंतर, वितलन आणि घनीभवन तापमान आणि एन्थाल्पी मूल्ये बदलत नाहीत (आकृती १३ब). एकदा SiO2 कवचांनी सूक्ष्म-आवेष्टित केल्यावर, SA (SA) त्याच्या इष्टतम वितलन आणि घनीभवन तापमानामुळे आणि स्थिर एन्थाल्पीमुळे, औष्णिक अनुप्रयोगांमध्ये, विशेषतः बांधकामात, एक प्रावस्था बदल पदार्थ (phase change material) म्हणून वापरला जाऊ शकतो.
पहिल्या आणि ३० व्या तापविण्याच्या आणि थंड करण्याच्या चक्रात SA (a) आणि SATEOS6 (b) नमुन्यांसाठी मिळालेले DSC वक्र.
या अभ्यासात, SA ला गाभ्याचे साहित्य (core material) आणि SiO2 ला कवचाचे साहित्य (shell material) म्हणून वापरून सूक्ष्म-आवेष्टनाचा (microencapsulation) पद्धतशीर अभ्यास करण्यात आला. SA च्या पृष्ठभागावर SiO2 चा आधार थर (support layer) आणि संरक्षक थर (protective layer) तयार करण्यासाठी TEOS चा पूर्वगामी (precursor) म्हणून वापर केला जातो. सूक्ष्म-आवेष्टित SA च्या यशस्वी संश्लेषणानंतर, FT-IR, XRD, XPS, SEM आणि EDS च्या परिणामांनी SiO2 ची उपस्थिती दर्शविली. SEM विश्लेषणातून असे दिसून येते की, SATEOS6 नमुन्यामध्ये SA च्या पृष्ठभागावर SiO2 च्या कवचांनी वेढलेले सुस्पष्ट गोलाकार कण आहेत. तथापि, कमी SA सामग्री असलेल्या MEPCM मध्ये गुच्छीकरण (agglomeration) दिसून येते, ज्यामुळे PCM ची कार्यक्षमता कमी होते. XPS विश्लेषणातून सूक्ष्म-आवेष्टणाच्या नमुन्यांमध्ये Si-O-Si आणि Si-OH ची उपस्थिती दिसून आली, ज्यामुळे SA च्या पृष्ठभागावर SiO2 चे अधिशोषण (adsorption) झाल्याचे स्पष्ट झाले. औष्णिक कार्यक्षमता विश्लेषणानुसार, SATEOS6 सर्वात आश्वासक उष्णता साठवण क्षमता दर्शवते, ज्याचे वितळण्याचे आणि घनीभवनाचे तापमान अनुक्रमे 70.37°C आणि 64.27°C आहे, आणि वितळण्याची व घनीभवनाची सुप्त उष्णता अनुक्रमे 182.53 J/g आणि 160.12 J/g आहे. SATEOS6 ची कमाल पॅकेजिंग कार्यक्षमता 86.68% आहे. TGA आणि DSC औष्णिक चक्र विश्लेषणाने पुष्टी केली की 30 वेळा गरम आणि थंड करण्याच्या प्रक्रियेनंतरही SATEOS6 मध्ये चांगली औष्णिक स्थिरता आणि विश्वसनीयता कायम आहे.
यांग टी., वांग एक्सवाय आणि ली डी. औष्णिक ऊर्जा साठवणुकीसाठी थर्मोकेमिकल सॉलिड-गॅस कंपोझिट ॲडसॉर्प्शन सिस्टमचे कार्यप्रदर्शन विश्लेषण आणि त्याच्या कार्यक्षमतेत सुधारणा. ॲप्लिकेशन. हॉट. इंजिनिअर. 150, 512–521 (2019).
फरीद, एमएम, खुधैर, एएम, रझाक, एस. आणि अल-हल्लाज, एस. फेज चेंज एनर्जी स्टोरेजचा आढावा: साहित्य आणि अनुप्रयोग. एनर्जी कन्व्हर्टर. मॅनेजर. 45, 1597–1615 (2004).
रेजिन एएफ, सोलंकी एसएस आणि सैनी जेएस पीसीएम कॅप्सूल वापरणाऱ्या थर्मल एनर्जी स्टोरेज सिस्टमची उष्णता हस्तांतरण कामगिरी: एक पुनरावलोकन. अद्यतन. समर्थन. एनर्जी रेव्ह 12, 2438–2458 (2008).
लिऊ, एम., सामन, डब्ल्यू. आणि ब्रुनो, एफ. उच्च तापमान फेज चेंज थर्मल स्टोरेज सिस्टमसाठी स्टोरेज मटेरियल आणि थर्मल परफॉर्मन्स एन्हान्समेंट टेक्नॉलॉजीजचा आढावा. अपडेट. सपोर्ट. एनर्जी रेव्ह 16, 2118–2132 (2012).
फँग गुओयिंग, ली हाँग, लिऊ शियांग, वू एसएम नॅनोएनकॅप्सुलेटेड थर्मल एनर्जी एन-टेट्राडेकेन फेज चेंज मटेरियल्सची तयारी आणि वैशिष्ट्यीकरण. केमिकल. इंजिनिअर. जे. 153, 217–221 (2009).
मू, बी. आणि ली, एम. सौर ऊर्जा रूपांतरण आणि साठवणुकीसाठी सुधारित ग्राफीन एरोजेल वापरून नवीन आकार-स्थिर टप्पा बदल संमिश्र सामग्रीचे संश्लेषण. सोल. एनर्जी मटेरियल्स. सोल. सेल 191, 466–475 (2019).
हुआंग, के., अल्वा, जी., जिया, वाय., आणि फँग, जी. औष्णिक ऊर्जा साठवणुकीमध्ये फेज चेंज मटेरियल्सचे आकारिकीय वैशिष्ट्यीकरण आणि अनुप्रयोग: एक आढावा. अपडेट. सपोर्ट. एनर्जी एड. 72, 128–145 (2017).