07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Χαρακτηρισμός του μίγματος αλάτων NaNO₃-KNO₃ με τη χρήση οργάνων θερμικής ανάλυσης NETZSCH και περίθλασης ακτίνων Χ
Τα άλατα και τα συστήματα αλάτων εξυπηρετούν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε πολυάριθμες βιομηχανίες και στην καθημερινή ζωή - από τη συντήρηση τροφίμων και την αρωματοποίηση μέχρι τα φαρμακευτικά προϊόντα, την ιατρική, τη γεωργία και την επεξεργασία νερού. Επιπλέον, μια σημαντική ποικιλία αλάτων είναι απαραίτητη σε βιομηχανικούς τομείς όπως η χημική βιομηχανία, η μεταλλουργία και η παραγωγή ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των πυρηνικών και ηλιακών τεχνολογιών.
Νέες γνώσεις σχετικά με τη σταθερότητα φάσης NaNO₃-KNO₃ για την αποθήκευση θερμικής ενέργειας
Η πιο πρόσφατη μελέτη μας επικεντρώνεται στο σύστημα NaNO₃-KNO₃, ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο ρευστό μεταφοράς θερμότητας και υλικό αποθήκευσης θερμικής ενέργειας σε μονάδες συμπυκνωμένης ηλιακής ενέργειας (CSP). Παρά την εκτεταμένη εφαρμογή του, οι αποκλίσεις στα διαγράμματα φάσεων ισορροπίας εξακολουθούν να υφίστανται λόγω του σχηματισμού μεταστατών φάσεων που επηρεάζονται από τις πειραματικές συνθήκες.
Με την ενσωμάτωση της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC), της θερμομηχανικής ανάλυσης (TMA), της ανάλυσης flash με λέιζερ (LFA) και της περίθλασης ακτίνων Χ υψηλής θερμοκρασίας (HTXRD), αποκτήσαμε βαθύτερη γνώση των θερμικών και δομικών ιδιοτήτων του συστήματος. Ειδικότερα, η HTXRD επιβεβαίωσε το σχηματισμό μετασταθών φάσεων στερεού διαλύματος, ενισχύοντας την ανάγκη για μια συνδυασμένη θερμική και δομική προσέγγιση για την πλήρη κατανόηση της συμπεριφοράς του υλικού.
Η πρόσφατη επιστημονική εργασία"Comprehensive analysis of metastable phase formation in the NaNO₃-KNO₃ system by thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction", που δημοσιεύθηκε στο Journal of Materials Research and Technology, αντιμετωπίζει άμεσα αυτές τις ασυμφωνίες.
Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκε μια προσέγγιση πολλαπλών τεχνικών, η οποία περιλαμβάνει θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), θερμομηχανική ανάλυση (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), ανάλυση με laser flash (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) και περίθλαση ακτίνων Χ υψηλής θερμοκρασίας (HTXRD - Empyrean Series 3).
Τα αποτελέσματα δείχνουν σημαντικές διαφορές στις θερμοκρασίες μετάβασης και στις μεταβολές του όγκου μεταξύ του πρώτου και του δεύτερου κύκλου θέρμανσης. Επιπλέον, οι μελέτες XRD υψηλής θερμοκρασίας επιβεβαίωσαν τον σχηματισμό και την παραμονή μεταστατών φάσεων, επιλύοντας τις προηγουμένως άλυτες ασυνέπειες στα αναφερόμενα δεδομένα.
Η ενσωμάτωση προηγμένων πειραματικών τεχνικών στη θερμική ανάλυση ενισχύει σημαντικά την αξιοπιστία των θερμοφυσικών ιδιοτήτων, οι οποίες είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη αξιόπιστων θερμοδυναμικών βάσεων δεδομένων. Η ενσωμάτωση αυτή υποστηρίζει την ανάπτυξη καινοτόμων υλικών βελτιστοποιημένων για διάφορα θερμοκρασιακά εύρη, βελτιώνοντας έτσι την αποδοτικότητα και τη βιωσιμότητα των βιομηχανικών διεργασιών και των λύσεων αποθήκευσης ενέργειας.
Για μια πιο λεπτομερή διερεύνηση των μεθόδων και των αποτελεσμάτων, το πλήρες ερευνητικό έγγραφο είναι διαθέσιμο στο διαδίκτυο:
Ευχαριστίες
Η μελέτη αυτή διεξήχθη με τη συνεργασία ερευνητών των εταιρειών NETZSCH-Gerätebau GmbH (Selb, Γερμανία), Malvern Panalytical B.V. (Almelo, 7602 EA, Κάτω Χώρες) και Forschungszentrum Jülich GmbH, IMD-1 (Jülich, Γερμανία). Ευχαριστούμε θερμά τους συγγραφείς για την πολύτιμη συμβολή τους και την υποστήριξη που παρείχαν τα αντίστοιχα ιδρύματά τους.
Παρακολουθήστε επίσης το διαδικτυακό μας σεμινάριο: Εξερευνώντας τα πειραματικά όρια
Τα συστήματα αλάτων αποτελούν μια ξεχωριστή ομάδα υλικών μαζί με τα οξείδια και τα μέταλλα. Η εκτεταμένη χρήση τους ως μέσων μεταφοράς θερμότητας ή χημικών αντιδραστηρίων σε βασικές βιομηχανίες όπως η μεταλλουργία, η πυρηνική και η ηλιακή ενέργεια οφείλεται στις μοναδικές θερμοφυσικές τους ιδιότητες σε συνδυασμό με το σχετικά χαμηλό κόστος και τη διαθεσιμότητά τους. Ο συνδυασμός αλάτων με διαφορετικά κατιόντα και ανιόντα αυξάνει σημαντικά την ποικιλία των εφαρμογών. Ο ακριβής προσδιορισμός των θερμοφυσικών ιδιοτήτων, όπως η πυκνότητα, η θερμοχωρητικότητα και η θερμική διαχυτότητα, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την προετοιμασία του δείγματος και την επιλογή των υλικών του χωνευτηρίου. Οι πληροφορίες σχετικά με τη θερμική σταθερότητα και τη συμπεριφορά εξάτμισης/αποσύνθεσης των αλάτων είναι επίσης σημαντικές για την ερμηνεία των πειραματικών αποτελεσμάτων. Ορισμένα μείγματα αλάτων μπορούν να σχηματίσουν μετασταθής φάσεις, οι οποίες μπορεί να εξαρτώνται από το πρόγραμμα θερμοκρασίας ή άλλες παραμέτρους του πειραματικού εξοπλισμού.
Όλα αυτά τα προβλήματα και οι πιθανές λύσεις για τη διερεύνηση συστημάτων αλάτων με όργανα TG/DTA/DSC/TMA/LFA θα συζητηθούν στο διαδικτυακό μας σεμινάριο.
