07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Охарактеризиране на солна смес NaNO₃-KNO₃ с помощта на инструменти за термичен анализ NETZSCH и рентгенова дифракция
Солите и солните системи имат широк спектър от приложения в многобройни индустрии и в ежедневието - от консервирането и овкусяването на храни до фармацевтиката, медицината, селското стопанство и пречистването на води. Освен това значителна част от солите са от съществено значение в промишлени сектори като химическото производство, металургията и производството на енергия, включително ядрените и соларните технологии.
Нов поглед върху фазовата стабилност на NaNO₃-KNO₃ за съхранение на топлинна енергия
Последното ни проучване е посветено на системата NaNO₃-KNO₃ - широко използван топлопренасящ флуид и материал за съхранение на топлинна енергия в централите за концентрирана слънчева енергия (CSP). Въпреки широкото ѝ приложение, несъответствията в равновесните фазови диаграми продължават да се дължат на образуването на метастабилни фази, повлияни от експерименталните условия.
Чрез интегриране на диференциална сканираща калориметрия (DSC), термомеханичен анализ (TMA), лазерен светкавичен анализ (LFA) и високотемпературна рентгенова дифракция (HTXRD), ние получихме по-дълбок поглед върху термичните и структурните свойства на системата. По-специално, HTXRD потвърди образуването на метастабилни фази на твърдия разтвор, което засилва необходимостта от комбиниран термичен и структурен подход за пълно разбиране на поведението на материала.
Неотдавнашният научен труд"Comprehensive analysis of metastable phase formation in the NaNO₃-KNO₃ system by thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction", публикуван в Journal of Materials Research and Technology, директно разглежда тези несъответствия.
В това изследване е използван мултитехнологичен подход, включващ диференциална сканираща калориметрия (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), термомеханичен анализ (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), лазерен флаш анализ (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) и високотемпературна рентгенова дифракция (HTXRD - Empyrean Series 3).
Резултатите показват значителни разлики в температурите на прехода и обемните промени между първия и втория цикъл на нагряване. Освен това високотемпературните XRD изследвания потвърдиха образуването и запазването на метастабилни фази, разрешавайки нерешени досега несъответствия в докладваните данни.
Интегрирането на съвременни експериментални техники в термичния анализ значително повишава надеждността на термофизичните свойства, които са от решаващо значение за разработването на надеждни термодинамични бази данни. Тази интеграция подпомага разработването на иновативни материали, оптимизирани за различни температурни диапазони, като по този начин се подобрява ефективността и устойчивостта на промишлените процеси и решенията за съхранение на енергия.
За по-подробно разглеждане на методите и резултатите, пълният текст на научния документ е достъпен онлайн:
Благодарности
Това проучване е проведено в сътрудничество с изследователи от NETZSCH-Gerätebau GmbH (Selb, Германия), Malvern Panalytical B.V. (Almelo, 7602 EA, Нидерландия) и Forschungszentrum Jülich GmbH, IMD-1 (Jülich, Германия). С благодарност признаваме ценния принос на авторите и подкрепата, предоставена от съответните им институции.
Гледайте и нашия уебинар: Солни системи, изследващи експерименталните граници
Солевите системи са отделна група материали наред с оксидите и металите. Широкото им използване като топлоносители или химически реактиви в ключови отрасли като металургията, ядрената и слънчевата енергетика се дължи на уникалните им термофизични свойства в съчетание с относително ниската им цена и наличност. Комбинацията от соли с различни катиони и аниони значително увеличава разнообразието от приложения. Точното определяне на термофизичните свойства, като плътност, топлинен капацитет и термична дифузия, зависи до голяма степен от подготовката на пробите и избора на тигелни материали. Информацията за термичната стабилност и поведението при изпаряване/разпадане на солите също е важна за тълкуването на експерименталните резултати. Някои смеси от соли могат да образуват метастабилни фази, които могат да зависят от температурната програма или други параметри на експерименталното оборудване.
Всички тези проблеми и възможните решения за изследване на солни системи с TG/DTA/DSC/TMA/LFA уреди ще бъдат обсъдени в нашия уебинар.
