07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
NaNO₃-KNO₃-suolaseoksen karakterisointi käyttäen NETZSCH lämpöanalyysilaitteita ja röntgendiffraktiota
Suolat ja suolajärjestelmät palvelevat monenlaisia sovelluksia lukuisilla teollisuudenaloilla ja jokapäiväisessä elämässä - elintarvikkeiden säilömisestä ja maustamisesta lääkkeisiin, lääketieteeseen, maatalouteen ja vedenkäsittelyyn. Lisäksi monenlaiset suolat ovat välttämättömiä teollisuudenaloilla, kuten kemianteollisuudessa, metallurgiassa ja energiantuotannossa, mukaan lukien ydin- ja aurinkoteknologia.
Uutta tietoa NaNO₃-KNO₃-vaiheen vakaudesta lämpöenergian varastointia varten
Uusimmassa tutkimuksessamme keskitytään NaNO₃-KNO₃-järjestelmään, joka on laajalti käytetty lämmönsiirtoneste ja lämpöenergian varastointimateriaali aurinkoenergiakeskittymässä (CSP). Huolimatta sen laajasta käytöstä tasapainofaasidiagrammien välillä on edelleen ristiriitaisuuksia, jotka johtuvat metastabiilien faasien muodostumisesta, johon kokeelliset olosuhteet vaikuttavat.
Integroimalla differentiaalipyyhkäisykalorimetriaa (DSC), termomekaanista analyysia (TMA), laserleimausanalyysia (LFA) ja korkean lämpötilan röntgendiffraktiota (HTXRD) saimme syvällisempää tietoa järjestelmän lämpö- ja rakenneominaisuuksista. Erityisesti HTXRD vahvisti metastabiilien kiinteiden liuosfaasien muodostumisen, mikä vahvistaa tarvetta yhdistettyyn termiseen ja rakenteelliseen lähestymistapaan materiaalin käyttäytymisen täydelliseksi ymmärtämiseksi.
Journal of Materials Research and Technology-lehdessä julkaistussa tuoreessa tieteellisessä artikkelissa"Comprehensive analysis of metastable phase formation in the NaNO₃-KNO₃ system by thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction" käsitellään suoraan näitä ristiriitaisuuksia.
Tässä tutkimuksessa käytettiin moniteknistä lähestymistapaa, johon sisältyi differentiaalipyyhkäisykalorimetria (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), termomekaaninen analyysi (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), laserleimausanalyysi (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) ja korkean lämpötilan röntgendiffraktio (HTXRD - Empyrean Series 3).
Tulokset osoittavat merkittäviä eroja siirtymälämpötiloissa ja tilavuuden muutoksissa ensimmäisen ja toisen lämmitysjakson välillä. Lisäksi korkean lämpötilan XRD-tutkimukset vahvistivat metastabiilien faasien muodostumisen ja pysyvyyden, mikä ratkaisi aiemmin ratkaisemattomat epäjohdonmukaisuudet raportoiduissa tiedoissa.
Kehittyneiden kokeellisten tekniikoiden sisällyttäminen lämpöanalyysiin parantaa merkittävästi termofysikaalisten ominaisuuksien luotettavuutta, mikä on ratkaisevan tärkeää luotettavien termodynaamisten tietokantojen kehittämiseksi. Tämä integrointi tukee sellaisten innovatiivisten materiaalien kehittämistä, jotka on optimoitu erilaisille lämpötila-alueille, mikä parantaa teollisuusprosessien ja energian varastointiratkaisujen tehokkuutta ja kestävyyttä.
Menetelmiin ja tuloksiin voi tutustua tarkemmin koko tutkimusjulkaisussa, joka on saatavilla verkossa:
Kiitokset
Tämä tutkimus toteutettiin NETZSCH-Gerätebau GmbH:n (Selb, Saksa), Malvern Panalytical B.V.:n (Almelo, 7602 EA, Alankomaat) ja Forschungszentrum Jülich GmbH:n IMD-1:n (Jülich, Saksa) tutkijoiden yhteistyönä. Kiitämme kiitollisena kirjoittajien arvokkaasta panoksesta ja heidän laitostensa antamasta tuesta.
Katso myös webinaarimme: Salt Systems Exploring Experimental Limits
Suolajärjestelmät muodostavat erillisen materiaaliryhmän oksidien ja metallien rinnalla. Niiden laaja käyttö lämmönsiirtoaineina tai kemiallisina reaktioaineina keskeisillä teollisuudenaloilla, kuten metallurgiassa, ydinvoimassa ja aurinkoenergiassa, johtuu niiden ainutlaatuisista termofysikaalisista ominaisuuksista sekä niiden suhteellisen alhaisista kustannuksista ja saatavuudesta. Eri kationeilla ja anioneilla varustettujen suolojen yhdistäminen lisää sovellusten moninaisuutta huomattavasti. Termofysikaalisten ominaisuuksien, kuten tiheyden, lämpökapasiteetin ja lämpödiffuusiokyvyn, tarkka määrittäminen riippuu suuresti näytteen valmistelusta ja upokkaiden materiaalien valinnasta. Tieto suolojen termisestä stabiilisuudesta ja haihtumis-/hajoamiskäyttäytymisestä on myös tärkeää kokeellisten tulosten tulkinnan kannalta. Jotkin suolaseokset voivat muodostaa metastabiileja faaseja, jotka voivat riippua lämpötilaohjelmasta tai muista koelaitteiston parametreista.
Webinaarissamme käsitellään kaikkia näitä ongelmia ja mahdollisia ratkaisuja suolajärjestelmien tutkimiseen TG/DTA/DSC/TMA/LFA-laitteilla.
.
