07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Caratterizzazione della miscela di sali NaNO₃-KNO₃ mediante strumenti di analisi termica NETZSCH e diffrazione di raggi X
I sali e i sistemi salini sono utilizzati in un ampio spettro di applicazioni in numerosi settori industriali e nella vita di tutti i giorni, dalla conservazione e aromatizzazione degli alimenti ai prodotti farmaceutici, alla medicina, all'agricoltura e al trattamento delle acque. Inoltre, una varietà significativa di sali è essenziale in settori industriali come la produzione chimica, la metallurgia e la produzione di energia, comprese le tecnologie nucleari e solari.
Nuove intuizioni sulla stabilità di fase di NaNO₃-KNO₃ per l'accumulo di energia termica
Il nostro ultimo studio si concentra sul sistema NaNO₃-KNO₃, un fluido per il trasferimento di calore e un materiale per l'accumulo di energia termica ampiamente utilizzato negli impianti a energia solare concentrata (CSP). Nonostante la sua vasta applicazione, persistono discrepanze nei diagrammi di fase di equilibrio a causa della formazione di fasi metastabili influenzate dalle condizioni sperimentali.
Integrando calorimetria a scansione differenziale (DSC), analisi termomeccanica (TMA), analisi laser flash (LFA) e diffrazione di raggi X ad alta temperatura (HTXRD), abbiamo acquisito maggiori informazioni sulle proprietà termiche e strutturali del sistema. In particolare, l'HTXRD ha confermato la formazione di fasi solide metastabili, rafforzando la necessità di un approccio termico e strutturale combinato per comprendere appieno il comportamento del materiale.
Il recente articolo scientifico"Comprehensive analysis of metastable phase formation in the NaNO₃-KNO₃ system by thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction", pubblicato sul Journal of Materials Research and Technology, affronta direttamente queste discrepanze.
In questo studio è stato utilizzato un approccio multi-tecnico che comprende la calorimetria a scansione differenziale (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), l'analisi termomeccanica (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), l'analisi laser flash (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) e la diffrazione di raggi X ad alta temperatura (HTXRD - Empyrean Series 3).
I risultati mostrano differenze significative nelle temperature di transizione e nelle variazioni di volume tra il primo e il secondo ciclo di riscaldamento. Inoltre, gli studi XRD ad alta temperatura hanno confermato la formazione e la persistenza di fasi metastabili, risolvendo incongruenze precedentemente non risolte nei dati riportati.
L'integrazione di tecniche sperimentali avanzate nell'analisi termica migliora significativamente l'affidabilità delle proprietà termofisiche, che sono fondamentali per lo sviluppo di database termodinamici affidabili. Questa integrazione favorisce lo sviluppo di materiali innovativi ottimizzati per diversi intervalli di temperatura, migliorando così l'efficienza e la sostenibilità dei processi industriali e delle soluzioni di accumulo energetico.
Per un'esplorazione più dettagliata dei metodi e dei risultati, il documento di ricerca completo è disponibile online:
Ringraziamenti
Questo studio è stato condotto grazie alla collaborazione dei ricercatori di NETZSCH-Gerätebau GmbH (Selb, Germania), Malvern Panalytical B.V. (Almelo, 7602 EA, Paesi Bassi) e Forschungszentrum Jülich GmbH, IMD-1 (Jülich, Germania). Si ringraziano gli autori per i loro preziosi contributi e per il supporto fornito dalle rispettive istituzioni.
Guarda anche il nostro webinar: Sistemi salini che esplorano i limiti sperimentali
I sistemi salini costituiscono un gruppo distinto di materiali insieme agli ossidi e ai metalli. Il loro ampio utilizzo come mezzi di trasferimento del calore o reagenti chimici in settori chiave come la metallurgia, il nucleare e l'energia solare è dovuto alle loro proprietà termofisiche uniche e al loro costo e disponibilità relativamente bassi. La combinazione di sali con cationi e anioni diversi aumenta notevolmente la varietà delle applicazioni. La determinazione accurata delle proprietà termofisiche, come la densità, la capacità termica e la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica, dipende fortemente dalla preparazione del campione e dalla scelta dei materiali del crogiolo. Anche le informazioni sulla Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica e sul comportamento di evaporazione/Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione dei sali sono importanti per l'interpretazione dei risultati sperimentali. Alcune miscele di sali possono formare fasi metastabili, che possono dipendere dal programma di temperatura o da altri parametri dell'apparecchiatura sperimentale.
Tutti questi problemi e le possibili soluzioni per l'indagine dei sistemi salini con strumenti TG/DTA/DSC/TMA/LFA saranno discussi nel nostro webinar.
