07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Karakterisering av saltblandningen NaNO₃-KNO₃ med hjälp av NETZSCH instrument för termisk analys och röntgendiffraktion
Salter och saltsystem har ett brett spektrum av tillämpningar inom många branscher och i vardagen - från konservering och smaksättning av livsmedel till läkemedel, medicin, jordbruk och vattenrening. Dessutom är en stor mängd olika salter viktiga i industrisektorer som kemisk tillverkning, metallurgi och energiproduktion, inklusive kärnkraft och solteknik.
Nya insikter om NaNO₃-KNO₃-fasstabilitet för termisk energilagring
Vår senaste studie fokuserar på NaNO₃-KNO₃-systemet, en allmänt använd värmeöverföringsvätska och ett termiskt energilagringsmaterial i koncentrerade solkraftverk (CSP). Trots dess omfattande tillämpning kvarstår avvikelser i jämviktsfasdiagram på grund av metastabil fasbildning som påverkas av experimentella förhållanden.
Genom att integrera differentiell scanningkalorimetri (DSC), termomekanisk analys (TMA), laserflashanalys (LFA) och högtemperaturröntgendiffraktion (HTXRD) fick vi djupare insikter i systemets termiska och strukturella egenskaper. Framför allt bekräftade HTXRD bildandet av metastabila fasta lösningsfaser, vilket förstärker behovet av en kombinerad termisk och strukturell metod för att fullt ut förstå materialets beteende.
Den nyligen publicerade vetenskapliga artikeln"Comprehensive analysis of metastable phase formation in the NaNO₃-KNO₃ system by thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction", som publicerades i Journal of Materials Research and Technology, behandlar direkt dessa avvikelser.
I denna studie användes en metod med flera tekniker, inklusive differentialskanningskalorimetri (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), termomekanisk analys (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), laserflashanalys (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) och högtemperaturröntgendiffraktion (HTXRD - Empyrean Series 3).
Resultaten visar på betydande skillnader i övergångstemperaturer och volymförändringar mellan den första och den andra uppvärmningscykeln. Dessutom bekräftade XRD-studier vid hög temperatur att metastabila faser bildas och kvarstår, vilket löste tidigare olösta inkonsekvenser i de rapporterade uppgifterna.
Integrering av avancerade experimentella tekniker i termisk analys förbättrar avsevärt tillförlitligheten hos termofysikaliska egenskaper, vilket är avgörande för utvecklingen av tillförlitliga termodynamiska databaser. Denna integration stöder utvecklingen av innovativa material som är optimerade för olika temperaturområden, vilket förbättrar effektiviteten och hållbarheten i industriella processer och energilagringslösningar.
För en mer detaljerad genomgång av metoder och resultat finns den fullständiga forskningsrapporten tillgänglig online:
Tack och lov
Denna studie genomfördes genom ett samarbete mellan forskare från NETZSCH-Gerätebau GmbH (Selb, Tyskland), Malvern Panalytical B.V. (Almelo, 7602 EA, Nederländerna) och Forschungszentrum Jülich GmbH, IMD-1 (Jülich, Tyskland). Vi är tacksamma för författarnas värdefulla bidrag och för det stöd som de har fått från sina respektive institutioner.
Se även vårt webinar: Salt Systems utforskar experimentella gränser
Saltsystem utgör en distinkt grupp av material vid sidan av oxider och metaller. Deras omfattande användning som värmeöverföringsmedier eller kemiska reaktanter i nyckelindustrier som metallurgi, kärnkraft och solenergi beror på deras unika termofysiska egenskaper i kombination med deras relativt låga kostnad och tillgänglighet. Kombinationen av salter med olika katjoner och anjoner ökar mångfalden av användningsområden. Noggrann bestämning av termofysikaliska egenskaper som TäthetMassdensiteten definieras som förhållandet mellan massa och volym. densitet, värmekapacitet och Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheten mm2/s) är en materialspecifik egenskap för att karakterisera instationär värmeledning. Detta värde beskriver hur snabbt ett material reagerar på en temperaturförändring.termisk diffusivitet är starkt beroende av provberedning och val av degelmaterial. Information om salternas termiska stabilitet och avdunstnings-/nedbrytningsbeteende är också viktig för tolkningen av experimentella resultat. Vissa saltblandningar kan bilda metastabila faser, vilket kan bero på temperaturprogrammet eller andra parametrar i experimentutrustningen.
Alla dessa problem och möjliga lösningar för undersökning av saltsystem med TG/DTA/DSC/TMA/LFA-instrument kommer att diskuteras under vårt webbinarium.
