07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Caractérisation du mélange de sels NaNO₃-KNO₃ à l'aide des instruments d'analyse thermique NETZSCH et de la diffraction des rayons X
Les sels et les systèmes salins servent à un large éventail d'applications dans de nombreuses industries et dans la vie de tous les jours - de la conservation et de l'aromatisation des aliments aux produits pharmaceutiques, à la médecine, à l'agriculture et au traitement de l'eau. En outre, une grande variété de sels est essentielle dans des secteurs industriels tels que la fabrication de produits chimiques, la métallurgie et la production d'énergie, y compris les technologies nucléaires et solaires.
Nouvelles connaissances sur la stabilité de la phase NaNO₃-KNO₃ pour le stockage de l'énergie thermique
Notre dernière étude porte sur le système NaNO₃-KNO₃, un fluide caloporteur et un matériau de stockage de l'énergie thermique largement utilisés dans les centrales solaires à concentration (CSP). Malgré son application étendue, des divergences persistent dans les diagrammes de phase à l'équilibre en raison de la formation de phases métastables influencées par les conditions expérimentales.
En intégrant la calorimétrie différentielle à balayage (DSC), l'analyse thermomécanique (TMA), l'analyse flash laser (LFA) et la diffraction des rayons X à haute température (HTXRD), nous avons obtenu des informations plus approfondies sur les propriétés thermiques et structurales du système. La HTXRD a notamment confirmé la formation de phases de solution solide métastables, ce qui renforce la nécessité d'une approche thermique et structurelle combinée pour comprendre pleinement le comportement du matériau.
Le récent article scientifique"Comprehensive analysis of metastable phase formation in the NaNO₃-KNO₃ system by thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction", publié dans le Journal of Materials Research and Technology, aborde directement ces divergences.
Dans cette étude, une approche multi-technique a été utilisée, comprenant la calorimétrie différentielle à balayage (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), l'analyse thermomécanique (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), l'analyse par flash laser (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) et la diffraction des rayons X à haute température (HTXRD - Empyrean Series 3).
Les résultats montrent des différences significatives dans les températures de transition et les changements de volume entre le premier et le deuxième cycle de chauffage. En outre, les études de diffraction des rayons X à haute température ont confirmé la formation et la persistance de phases métastables, ce qui a permis de résoudre des incohérences précédemment non résolues dans les données rapportées.
L'intégration de techniques expérimentales avancées dans l'analyse thermique améliore considérablement la fiabilité des propriétés thermophysiques, qui sont cruciales pour le développement de bases de données thermodynamiques fiables. Cette intégration favorise le développement de matériaux innovants optimisés pour diverses plages de température, améliorant ainsi l'efficacité et la durabilité des processus industriels et des solutions de stockage de l'énergie.
Pour une exploration plus détaillée des méthodes et des résultats, le document de recherche complet est disponible en ligne :
Remerciements
Cette étude a été réalisée grâce à la collaboration de chercheurs de NETZSCH-Gerätebau GmbH (Selb, Allemagne), Malvern Panalytical B.V. (Almelo, 7602 EA, Pays-Bas) et Forschungszentrum Jülich GmbH, IMD-1 (Jülich, Allemagne). Nous remercions les auteurs pour leurs précieuses contributions et le soutien apporté par leurs institutions respectives.
Regardez aussi notre webinaire : Les systèmes salins à la recherche des limites expérimentales
Les systèmes salins constituent un groupe de matériaux distinct des oxydes et des métaux. Ils sont largement utilisés comme agents de transfert de chaleur ou réactifs chimiques dans des secteurs clés tels que la métallurgie, l'énergie nucléaire et solaire, en raison de leurs propriétés thermophysiques uniques, associées à leur coût relativement faible et à leur disponibilité. La combinaison de sels avec différents cations et anions augmente considérablement la variété des applications. La détermination précise des propriétés thermophysiques telles que la densité, la capacité thermique et la diffusivité thermique dépend fortement de la préparation de l'échantillon et du choix des matériaux du creuset. Les informations sur la stabilité thermique et le comportement d'évaporation/décomposition des sels sont également importantes pour l'interprétation des résultats expérimentaux. Certains mélanges de sels peuvent former des phases métastables, qui peuvent dépendre du programme de température ou d'autres paramètres de l'équipement expérimental.
Tous ces problèmes et les solutions possibles pour l'étude des systèmes salins avec des instruments TG/DTA/DSC/TMA/LFA seront discutés dans notre webinaire.
