07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Karakterisering af NaNO₃-KNO₃-saltblanding ved hjælp af NETZSCH termiske analyseinstrumenter og røntgendiffraktion
Salte og saltsystemer har et bredt spektrum af anvendelser på tværs af mange industrier og i hverdagen - fra konservering af fødevarer og smagsstoffer til lægemidler, medicin, landbrug og vandbehandling. Derudover er et stort udvalg af salte afgørende i industrisektorer som kemisk fremstilling, metallurgi og energiproduktion, herunder atom- og solteknologi.
Ny indsigt i NaNO₃-KNO₃-fasestabilitet til termisk energilagring
Vores seneste undersøgelse fokuserer på NaNO₃-KNO₃-systemet, en udbredt varmeoverførselsvæske og termisk energilagringsmateriale i koncentrerede solkraftværker (CSP). På trods af den omfattende anvendelse er der stadig uoverensstemmelser i ligevægtsfasediagrammer på grund af metastabil fasedannelse, der påvirkes af eksperimentelle forhold.
Ved at integrere differentiel scanningskalorimetri (DSC), termomekanisk analyse (TMA), laserflashanalyse (LFA) og røntgendiffraktion ved høj temperatur (HTXRD) fik vi dybere indsigt i systemets termiske og strukturelle egenskaber. HTXRD bekræftede især dannelsen af metastabile faste opløsningsfaser, hvilket forstærker behovet for en kombineret termisk og strukturel tilgang for fuldt ud at forstå materialets opførsel.
Den nylige videnskabelige artikel"Comprehensive analysis of metastable phase formation in the NaNO₃-KNO₃ system by thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction", der er udgivet i Journal of Materials Research and Technology, tager direkte fat på disse uoverensstemmelser.
I denne undersøgelse blev der anvendt en multiteknisk tilgang, herunder differentiel scanningskalorimetri (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), termomekanisk analyse (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), laserflashanalyse (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) og røntgendiffraktion ved høj temperatur (HTXRD - Empyrean Series 3).
Resultaterne viser betydelige forskelle i overgangstemperaturer og volumenændringer mellem den første og den anden opvarmningscyklus. Derudover bekræftede XRD-undersøgelser ved høj temperatur dannelsen og opretholdelsen af metastabile faser, hvilket løste tidligere uafklarede uoverensstemmelser i de rapporterede data.
Integration af avancerede eksperimentelle teknikker i termisk analyse forbedrer pålideligheden af termofysiske egenskaber betydeligt, hvilket er afgørende for udviklingen af pålidelige termodynamiske databaser. Denne integration understøtter udviklingen af innovative materialer, der er optimeret til forskellige temperaturområder, og forbedrer dermed effektiviteten og bæredygtigheden af industrielle processer og energilagringsløsninger.
For en mere detaljeret udforskning af metoderne og resultaterne er den fulde forskningsartikel tilgængelig online:
Taknemmelighed
Denne undersøgelse blev gennemført i samarbejde med forskere fra NETZSCH-Gerätebau GmbH (Selb, Tyskland), Malvern Panalytical B.V. (Almelo, 7602 EA, Holland) og Forschungszentrum Jülich GmbH, IMD-1 (Jülich, Tyskland). Vi takker forfatterne for deres værdifulde bidrag og for støtten fra deres respektive institutioner.
Se også vores webinar: Saltsystemer udforsker eksperimentelle grænser
Saltsystemer udgør en særlig gruppe af materialer sammen med oxider og metaller. Deres omfattende brug som varmeoverførselsmedier eller kemiske reaktanter i nøgleindustrier som metallurgi, atomkraft og solenergi skyldes deres unikke termofysiske egenskaber kombineret med deres relativt lave omkostninger og tilgængelighed. Kombinationen af salte med forskellige kationer og anioner øger i høj grad de mange anvendelsesmuligheder. Nøjagtig bestemmelse af termofysiske egenskaber som densitet, varmekapacitet og Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheden mm2/s) er en materialespecifik egenskab til karakterisering af ustabil varmeledning. Denne værdi beskriver, hvor hurtigt et materiale reagerer på en temperaturændring.termisk diffusivitet er meget afhængig af prøveforberedelse og valg af digelmaterialer. Oplysninger om saltenes termiske stabilitet og fordampnings-/nedbrydningsadfærd er også vigtige for fortolkningen af eksperimentelle resultater. Nogle saltblandinger kan danne metastabile faser, som kan afhænge af temperaturprogrammet eller andre parametre i forsøgsudstyret.
Alle disse problemer og mulige løsninger til undersøgelse af saltsystemer med TG/DTA/DSC/TMA/LFA-instrumenter vil blive diskuteret i vores webinar.
