07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
NaNO₃-KNO₃ sókeverék jellemzése a NETZSCH hőelemző műszerek és a röntgendiffrakció segítségével
A sók és sórendszerek számos iparágban és a mindennapi életben széleskörű alkalmazásokat szolgálnak - az élelmiszerek tartósításától és ízesítésétől kezdve a gyógyszerekig, az orvostudományig, a mezőgazdaságig és a vízkezelésig. Ezen túlmenően a sók jelentős választéka nélkülözhetetlen az olyan ipari ágazatokban, mint a vegyipar, a kohászat és az energiatermelés, beleértve a nukleáris és napenergia-technológiákat is.
Új ismeretek a NaNO₃-KNO₃ fázisstabilitásról a termikus energiatároláshoz
Legújabb tanulmányunk a NaNO₃-KNO₃ rendszerrel foglalkozik, amely a koncentrált napenergia-erőművekben (CSP) széles körben használt hőátadó folyadék és hőenergia-tároló anyag. Kiterjedt alkalmazása ellenére az egyensúlyi fázisdiagramokban továbbra is eltérések tapasztalhatók a kísérleti körülmények által befolyásolt metastabil fázisok kialakulása miatt.
A differenciál pásztázó kalorimetria (DSC), a termomechanikai analízis (TMA), a lézeres villanáselemzés (LFA) és a magas hőmérsékletű röntgendiffrakció (HTXRD) integrálásával mélyebb betekintést nyertünk a rendszer termikus és szerkezeti tulajdonságaiba. Különösen a HTXRD megerősítette a metastabil szilárd oldatfázisok kialakulását, ami megerősíti a kombinált termikus és szerkezeti megközelítés szükségességét az anyag viselkedésének teljes megértéséhez.
A Journal of Materials Research and Technology című folyóiratban megjelent"Comprehensive analysis of metastable phase formation in the NaNO₃-KNO₃ system by thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction" című, nemrég megjelent tudományos cikk közvetlenül ezekkel az ellentmondásokkal foglalkozik.
Ebben a tanulmányban többféle technikát alkalmaznak, többek között differenciál pásztázó kalorimetriát (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), termomechanikai analízist (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), lézeres villanáselemzést (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) és magas hőmérsékletű röntgendiffrakciót (HTXRD - Empyrean Series 3).
Az eredmények jelentős különbségeket mutatnak az átmeneti hőmérsékletekben és a térfogatváltozásokban az első és a második fűtési ciklus között. Ezen túlmenően a magas hőmérsékletű XRD-vizsgálatok megerősítették a metastabil fázisok kialakulását és fennmaradását, feloldva a korábban nem megoldott ellentmondásokat a közölt adatokban.
A fejlett kísérleti technikák integrálása a termikus analízisbe jelentősen növeli a termofizikai tulajdonságok megbízhatóságát, amelyek kulcsfontosságúak a megbízható termodinamikai adatbázisok kialakításához. Ez az integráció támogatja a különböző hőmérsékleti tartományokra optimalizált innovatív anyagok fejlesztését, ezáltal javítva az ipari folyamatok és az energiatárolási megoldások hatékonyságát és fenntarthatóságát.
A módszerek és eredmények részletesebb feltárása érdekében a teljes kutatási dokumentum online elérhető:
Köszönetnyilvánítás
Ez a tanulmány a NETZSCH-Gerätebau GmbH (Selb, Németország), a Malvern Panalytical B.V. (Almelo, 7602 EA, Hollandia) és a Forschungszentrum Jülich GmbH, IMD-1 (Jülich, Németország) kutatóinak együttműködésével készült. Hálásan köszönjük a szerzők értékes hozzájárulását és az intézményeik által nyújtott támogatást.
Tekintse meg webináriumunkat is: Sórendszerek a kísérleti határok feltárása
A sórendszerek az oxidok és a fémek mellett az anyagok külön csoportját alkotják. Széles körű alkalmazásuk hőátadó közegként vagy kémiai reakcióközegként olyan kulcsfontosságú iparágakban, mint a kohászat, a nukleáris és a napenergia, egyedülálló termofizikai tulajdonságaiknak, valamint viszonylag alacsony költségüknek és elérhetőségüknek köszönhető. A különböző kationokkal és anionokkal rendelkező sók kombinációja nagymértékben növeli az alkalmazások sokféleségét. A termofizikai tulajdonságok, mint például a SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűség, a hőkapacitás és a hődiffúziós képesség pontos meghatározása nagymértékben függ a minta előkészítésétől és a tégely anyagának kiválasztásától. A kísérleti eredmények értelmezéséhez fontosak a sók HőstabilitásEgy anyag hőstabil, ha a hőmérséklet hatására nem bomlik el. Egy anyag hőstabilitásának meghatározására a TGA (termogravimetriás analizátor) egyik módja. hőstabilitására és párolgási/bomlási viselkedésére vonatkozó információk is. Egyes sókeverékek metastabil fázisokat képezhetnek, amelyek függhetnek a hőmérsékleti programtól vagy a kísérleti berendezés egyéb paramétereitől.
Mindezeket a problémákat és a sórendszerek TG/DTA/DSC/TMA/LFA műszerekkel történő vizsgálatának lehetséges megoldásait webináriumunkon tárgyaljuk.
