07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler

Charakterystyka mieszaniny soli NaNO₃-KNO₃ przy użyciu przyrządów do analizy termicznej NETZSCH i dyfrakcji rentgenowskiej

Sole i systemy solne mają szerokie spektrum zastosowań w wielu branżach i w życiu codziennym - od konserwowania żywności i aromatyzowania po farmaceutykę, medycynę, rolnictwo i uzdatnianie wody. Ponadto znaczna różnorodność soli jest niezbędna w sektorach przemysłowych, takich jak produkcja chemiczna, metalurgia i produkcja energii, w tym technologie jądrowe i słoneczne.

Nowe spojrzenie na stabilność fazową NaNO₃-KNO₃ na potrzeby magazynowania energii cieplnej

Nasze najnowsze badania koncentrują się na układzie NaNO₃-KNO₃, szeroko stosowanym płynie przenoszącym ciepło i materiale do magazynowania energii cieplnej w skoncentrowanych elektrowniach słonecznych (CSP). Pomimo jego szerokiego zastosowania, rozbieżności w równowagowych diagramach fazowych utrzymują się z powodu tworzenia się faz metastabilnych pod wpływem warunków eksperymentalnych.

Dzięki integracji różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), analizy termomechanicznej (TMA), laserowej analizy błyskowej (LFA) i wysokotemperaturowej dyfrakcji rentgenowskiej (HTXRD) uzyskaliśmy głębszy wgląd we właściwości termiczne i strukturalne systemu. W szczególności, HTXRD potwierdziło tworzenie się metastabilnych faz roztworu stałego, wzmacniając potrzebę połączonego podejścia termicznego i strukturalnego, aby w pełni zrozumieć zachowanie materiału.

Niedawny artykuł naukowy"Kompleksowa analiza tworzenia się fazy metastabilnej w układzie NaNO₃-KNO₃ za pomocą analizy termicznej i wysokotemperaturowej dyfrakcji rentgenowskiej", opublikowany w Journal of Materials Research and Technology, bezpośrednio odnosi się do tych rozbieżności.

W badaniu tym zastosowano podejście wielotechniczne, w tym różnicową kalorymetrię skaningową (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), analizę termomechaniczną (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), laserową analizę błyskową (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) i wysokotemperaturową dyfrakcję rentgenowską (HTXRD - Empyrean Series 3).

Wyniki pokazują znaczące różnice w temperaturach przejścia i zmianach objętości między pierwszym a drugim cyklem ogrzewania. Ponadto, wysokotemperaturowe badania XRD potwierdziły powstawanie i utrzymywanie się faz metastabilnych, rozwiązując wcześniej nierozwiązane niespójności w raportowanych danych.

Integracja zaawansowanych technik eksperymentalnych w analizie termicznej znacznie zwiększa wiarygodność właściwości termofizycznych, które są kluczowe dla rozwoju wiarygodnych termodynamicznych baz danych. Integracja ta wspiera rozwój innowacyjnych materiałów zoptymalizowanych pod kątem różnych zakresów temperatur, poprawiając w ten sposób wydajność i zrównoważony rozwój procesów przemysłowych i rozwiązań w zakresie magazynowania energii.

Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat metod i wyników, pełny artykuł badawczy jest dostępny online:

Podziękowania

Badanie to zostało przeprowadzone dzięki współpracy naukowców z NETZSCH-Gerätebau GmbH (Selb, Niemcy), Malvern Panalytical B.V. (Almelo, 7602 EA, Holandia) oraz Forschungszentrum Jülich GmbH, IMD-1 (Jülich, Niemcy). Z wdzięcznością dziękujemy autorom za ich cenny wkład i wsparcie udzielone przez ich instytucje.

Obejrzyj również nasze webinarium: Systemy solne badające granice eksperymentalne

Układy soli stanowią odrębną grupę materiałów obok tlenków i metali. Ich szerokie zastosowanie jako nośników ciepła lub reagentów chemicznych w kluczowych gałęziach przemysłu, takich jak metalurgia, energia jądrowa i słoneczna, wynika z ich unikalnych właściwości termofizycznych w połączeniu ze stosunkowo niskim kosztem i dostępnością. Połączenie soli z różnymi kationami i anionami znacznie zwiększa różnorodność zastosowań. Dokładne określenie właściwości termofizycznych, takich jak gęstość, pojemność cieplna i dyfuzyjność cieplna, w dużym stopniu zależy od przygotowania próbki i wyboru materiałów tygla. Informacje na temat stabilności termicznej i parowania/rozkładu soli są również ważne dla interpretacji wyników eksperymentalnych. Niektóre mieszaniny soli mogą tworzyć fazy metastabilne, które mogą zależeć od programu temperaturowego lub innych parametrów sprzętu eksperymentalnego.

Wszystkie te problemy i możliwe rozwiązania dotyczące badania układów soli za pomocą urządzeń TG/DTA/DSC/TMA/LFA zostaną omówione podczas naszego webinarium.

Aby obejrzeć film, proszę zaakceptować marketingowe pliki cookie.