Nature.com தளத்திற்கு வருகை தந்ததற்கு நன்றி. நீங்கள் பயன்படுத்தும் உலாவியில் CSS ஆதரவு குறைவாக உள்ளது. சிறந்த முடிவுகளுக்கு, உங்கள் உலாவியின் புதிய பதிப்பைப் பயன்படுத்துமாறு (அல்லது இன்டர்நெட் எக்ஸ்ப்ளோரரில் இணக்கப் பயன்முறையை முடக்குமாறு) பரிந்துரைக்கிறோம். இதற்கிடையில், தொடர்ச்சியான ஆதரவை உறுதி செய்வதற்காக, நாங்கள் இந்தத் தளத்தை வடிவமைப்பு அல்லது ஜாவாஸ்கிரிப்ட் இல்லாமல் காண்பிக்கிறோம்.
ஸ்டீரிக் அமிலம் (SA) ஆற்றல் சேமிப்பு சாதனங்களில் ஒரு நிலை மாற்றப் பொருளாக (PCM) பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த ஆய்வில், SiO2 ஷெல் சர்பாக்டன்ட்டை நுண்-உறையிடுவதற்கு சோல்-ஜெல் முறை பயன்படுத்தப்பட்டது. பல்வேறு அளவிலான SA (5, 10, 15, 20, 30, மற்றும் 50 கிராம்) 10 மிலி டெட்ராஎத்தில் ஆர்த்தோசிலிகேட்டில் (TEOS) உறையிடப்பட்டது. தொகுக்கப்பட்ட நுண்-உறையிடப்பட்ட நிலை மாற்றப் பொருள் (MEPCM) ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம் அகச்சிவப்பு நிறமாலையியல் (FT-IR), எக்ஸ்-கதிர் விளிம்புச்சிதறல் (XRD), எக்ஸ்-கதிர் ஃபோட்டோ எலக்ட்ரான் நிறமாலையியல் (XPS), மற்றும் ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) ஆகியவற்றால் பண்புப்படுத்தப்பட்டது. பண்புப்படுத்தல் முடிவுகள், SA ஆனது SiO2-ஆல் வெற்றிகரமாக உறையிடப்பட்டதைக் காட்டின. வெப்ப எடையியல் பகுப்பாய்வு (TGA), MEPCM ஆனது CA-ஐ விட சிறந்த வெப்ப நிலைத்தன்மையைக் கொண்டிருப்பதைக் காட்டியது. வேறுபாட்டு ஸ்கேனிங் கலோரிமெட்ரியைப் (DSC) பயன்படுத்தி, 30 வெப்ப-குளிரூட்டும் சுழற்சிகளுக்குப் பிறகும் MEPCM-இன் என்டால்பி மதிப்பு மாறவில்லை என்பது கண்டறியப்பட்டது. அனைத்து நுண் உறையிடப்பட்ட மாதிரிகளிலும், MEPCM-ஐக் கொண்ட 50 கிராம் SA மாதிரியானது, உருகுதல் மற்றும் திண்மமாதலின் மிக உயர்ந்த உள்ளுறை வெப்பத்தைக் கொண்டிருந்தது. அவை முறையே 182.53 J/g மற்றும் 160.12 J/g ஆகும். வெப்பத் தரவுகளைப் பயன்படுத்தி உறையின் செயல்திறன் மதிப்பு கணக்கிடப்பட்டது, மேலும் அதே மாதிரிக்கே 86.68% என்ற மிக உயர்ந்த செயல்திறன் கண்டறியப்பட்டது.
கட்டுமானத் துறையில் பயன்படுத்தப்படும் ஆற்றலில் சுமார் 58% கட்டிடங்களை வெப்பப்படுத்தவும் குளிர்விக்கவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது¹. எனவே, சுற்றுச்சூழல் மாசுபாட்டைக் கருத்தில் கொள்ளும் திறமையான ஆற்றல் அமைப்புகளை உருவாக்குவதே மிகவும் அவசியமானதாகும்². நிலைமாற்றப் பொருட்களை (PCM) பயன்படுத்தும் உள்ளுறை வெப்பத் தொழில்நுட்பம், குறைந்த வெப்பநிலை ஏற்ற இறக்கங்களில் அதிக ஆற்றலைச் சேமிக்க முடியும்³⁴,⁵,⁶ மேலும் இது வெப்பப் பரிமாற்றம், சூரிய ஆற்றல் சேமிப்பு, விண்வெளி மற்றும் குளிரூட்டல்⁷,⁸,⁹ போன்ற துறைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படலாம். நிலைமாற்றப் பொருட்கள் பகலில் கட்டிடங்களின் வெளிப்புறங்களிலிருந்து வெப்ப ஆற்றலை உறிஞ்சி, இரவில் ஆற்றலை வெளியிடுகின்றன¹⁰. எனவே, நிலைமாற்றப் பொருட்கள் வெப்ப ஆற்றல் சேமிப்புப் பொருட்களாகப் பரிந்துரைக்கப்படுகின்றன. மேலும், திட-திட, திட-திரவ, திரவ-வாயு மற்றும் திட-வாயு¹¹ போன்ற பல்வேறு வகையான நிலைமாற்றப் பொருட்கள் உள்ளன. அவற்றுள், திட-திட நிலைமாற்றப் பொருட்கள் மற்றும் திட-திரவ நிலைமாற்றப் பொருட்கள் மிகவும் பிரபலமான மற்றும் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படும் நிலைமாற்றப் பொருட்களாகும். இருப்பினும், திரவ-வாயு மற்றும் திட-வாயு நிலைமாற்றப் பொருட்களின் மிகப்பெரிய கனஅளவு மாற்றங்கள் காரணமாக அவற்றின் பயன்பாடு மிகவும் கடினமானது.
அதன் பண்புகளின் காரணமாக PCM பல்வேறு பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது: 15°C க்கும் குறைவான வெப்பநிலையில் உருகுபவை குளிர்சாதன அமைப்புகளில் குளிர் வெப்பநிலையைப் பராமரிக்கப் பயன்படுகின்றன, மேலும் 90°C க்கும் அதிகமான வெப்பநிலையில் உருகுபவை தீயைத் தடுக்க வெப்பமூட்டும் அமைப்புகளில் பயன்படுகின்றன¹². பயன்பாடு மற்றும் உருகுநிலை வரம்பைப் பொறுத்து, பல்வேறு கரிம மற்றும் கனிம வேதிப்பொருட்களிலிருந்து பலவிதமான கட்ட மாற்றப் பொருட்கள் தொகுக்கப்பட்டுள்ளன¹³,¹⁴,¹⁵. பாரஃபின் என்பது அதிக உள்ளுறை வெப்பம், அரிப்பை எதிர்க்கும் தன்மை, பாதுகாப்பு மற்றும் பரந்த உருகுநிலை வரம்பு ஆகியவற்றைக் கொண்ட மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் கட்ட மாற்றப் பொருளாகும்¹⁶,¹⁷,¹⁸,¹⁹,²⁰,²¹.
இருப்பினும், நிலை மாற்றப் பொருட்களின் குறைந்த வெப்பக் கடத்துத்திறன் காரணமாக, நிலை மாற்றச் செயல்முறையின் போது அடித்தளப் பொருள் கசிவதைத் தடுக்க, அவற்றை ஒரு உறையில் (வெளிப்புற அடுக்கு) மூட வேண்டும்²². மேலும், செயல்பாட்டுப் பிழைகள் அல்லது வெளிப்புற அழுத்தம் வெளிப்புற அடுக்கை (மேலுறை) சேதப்படுத்தலாம், மற்றும் உருகிய நிலை மாற்றப் பொருள் கட்டிடப் பொருட்களுடன் வினைபுரிந்து, பதிக்கப்பட்ட எஃகுக் கம்பிகளில் அரிப்பை ஏற்படுத்தி, அதன் மூலம் கட்டிடத்தின் பயன்பாட்டுத் திறனைக் குறைக்கலாம்²³. எனவே, மேற்கண்ட சிக்கல்களைத் தீர்க்கக்கூடிய, போதுமான உறைப் பொருளுடன் கூடிய மூடப்பட்ட நிலை மாற்றப் பொருட்களைத் தயாரிப்பது முக்கியம்²⁴.
நிலை மாற்றப் பொருட்களின் நுண் உறையிடல், வெப்பப் பரிமாற்றத்தை திறம்பட அதிகரிக்கவும், சுற்றுச்சூழல் வினைத்திறனைக் குறைக்கவும், மற்றும் கன அளவு மாற்றங்களைக் கட்டுப்படுத்தவும் முடியும். நிலை மாற்றப் பொருட்களை உறையிடுவதற்காக இடைமுகப் பலபடியாக்கம்²⁵,²⁶,²⁷,²⁸, உள்ளிடப் பலபடியாக்கம்²⁹,³⁰,³¹,³², கூழ்மமாக்கல்³³,³⁴,³⁵ மற்றும் கரைசல்-கூழ்ம செயல்முறைகள்³⁶,³⁷,³⁸,³⁹ போன்ற பல்வேறு முறைகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. நுண் உறையிடலுக்கு ஃபார்மால்டிஹைட் பிசினைப் பயன்படுத்தலாம்⁴⁰,⁴¹,⁴²,⁴³. மெலமைன்-ஃபார்மால்டிஹைட் மற்றும் யூரியா-ஃபார்மால்டிஹைட் பிசின்கள் உறைப் பொருட்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இவை செயல்பாட்டின் போது பெரும்பாலும் நச்சுத்தன்மையுள்ள ஃபார்மால்டிஹைடை வெளியிடுகின்றன. எனவே, இந்தப் பொருட்கள் பொதியிடல் செயல்முறைகளில் பயன்படுத்த தடை செய்யப்பட்டுள்ளன. இருப்பினும், கொழுப்பு அமிலங்கள் மற்றும் லிக்னின்⁴⁴-ஐ அடிப்படையாகக் கொண்ட கலப்பின நானோ உறைகளைப் பயன்படுத்தி, அளவிடக்கூடிய வெப்ப ஆற்றல் சேமிப்பிற்கான சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த நிலை மாற்றப் பொருட்களைத் தொகுக்க முடியும்.
ஜாங் மற்றும் அவரது குழுவினர் 45, டெட்ராஎத்தில் ஆர்த்தோசிலிகேட்டிலிருந்து லாரிக் அமிலத்தைத் தொகுத்து, மெத்தில்ட்ரைஎதாக்ஸிசிலேன் மற்றும் டெட்ராஎத்தில் ஆர்த்தோசிலிகேட்டின் கன அளவு விகிதம் அதிகரிக்கும்போது, ​​உள்ளுறை வெப்பம் குறைந்து, மேற்பரப்பு நீர் விலக்குத்தன்மை அதிகரிக்கிறது என்று முடிவு செய்தனர். லாரிக் அமிலம், இலவம் நார்களுக்கு ஒரு சாத்தியமான மற்றும் பயனுள்ள மையப் பொருளாக இருக்கலாம் 46. கூடுதலாக, லதிபாரி மற்றும் அவரது குழுவினர் 47, TiO2-ஐ ஓட்டுப் பொருளாகப் பயன்படுத்தி, ஸ்டீரிக் அமிலம் சார்ந்த கட்ட மாற்றப் பொருட்களைத் தொகுத்தனர். ஸு மற்றும் அவரது குழுவினர், n-ஆக்டாடெக்கேன் மற்றும் சிலிக்கான் நானோகாப்ஸ்யூல்களை சாத்தியமான கட்ட மாற்றப் பொருட்களாகத் தயாரித்தனர் 48. இலக்கிய ஆய்விலிருந்து, பயனுள்ள மற்றும் நிலையான நுண்காப்ஸ்யூல் கட்ட மாற்றப் பொருட்களை உருவாக்குவதற்கான பரிந்துரைக்கப்பட்ட அளவைப் புரிந்துகொள்வது கடினம்.
எனவே, ஆசிரியர்களின் அறிவின்படி, திறமையான மற்றும் நிலையான நுண் உறையிடப்பட்ட நிலை மாற்றப் பொருட்களை உற்பத்தி செய்வதற்கு, நுண் உறையிடலுக்குப் பயன்படுத்தப்படும் நிலை மாற்றப் பொருளின் அளவு ஒரு முக்கியமான அளவுருவாகும். நிலை மாற்றப் பொருட்களை வெவ்வேறு அளவுகளில் பயன்படுத்துவது, நுண் உறையிடப்பட்ட நிலை மாற்றப் பொருட்களின் வெவ்வேறு பண்புகளையும் நிலைத்தன்மையையும் தெளிவுபடுத்த நமக்கு உதவும். ஸ்டீரிக் அமிலம் (கொழுப்பு அமிலம்) என்பது சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த, மருத்துவ முக்கியத்துவம் வாய்ந்த மற்றும் சிக்கனமான ஒரு பொருளாகும். இது அதிக என்டால்பி மதிப்பைக் (~200 J/g) கொண்டிருப்பதாலும், 72 °C வரையிலான வெப்பநிலையைத் தாங்கக்கூடியதாலும், வெப்ப ஆற்றலைச் சேமிக்கப் பயன்படுத்தப்படலாம். மேலும், SiO2 தீப்பற்றாதது, அதிக இயந்திர வலிமை, வெப்பக் கடத்துத்திறன் மற்றும் மையப் பொருட்களுக்கு சிறந்த இரசாயன எதிர்ப்பை வழங்குகிறது, மேலும் கட்டுமானத்தில் ஒரு போஸோலானிக் பொருளாகச் செயல்படுகிறது. சிமென்ட் தண்ணீருடன் கலக்கப்படும்போது, ​​பெரிய கான்கிரீட் கட்டமைப்புகளில் உருவாகும் இயந்திரத் தேய்மானம் மற்றும் அதிக வெப்பநிலை (நீரேற்ற வெப்பம்) காரணமாக, சரியாக உறையிடப்படாத நிலை மாற்றப் பொருட்கள் விரிசல் அடையலாம். எனவே, SiO2 உறையுடன் கூடிய நுண் உறையிடப்பட்ட கான்கிரீட்டைப் பயன்படுத்துவது இந்தப் பிரச்சனையைத் தீர்க்கும். எனவே, கட்டுமானப் பயன்பாடுகளில் சோல்-ஜெல் செயல்முறை மூலம் தொகுக்கப்பட்ட PCM-களின் செயல்திறன் மற்றும் திறனை ஆராய்வதே இந்த ஆய்வின் நோக்கமாக இருந்தது. இந்த ஆய்வில், SiO2 உறைகளுக்குள் பொதிந்துள்ள 5, 10, 15, 20, 30 மற்றும் 50 கிராம் அளவிலான SA-ஐ (அடிப்படைப் பொருளாக) நாங்கள் முறையாக ஆய்வு செய்தோம். SiO2 உறையை உருவாக்குவதற்கான முன்னோடிக் கரைசலாக, 10 மில்லி கனஅளவில் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு டெட்ராஎதிலார்தோசிலிகேட் (TEOS) பயன்படுத்தப்பட்டது.
மையப் பொருளாகப் பயன்படும் வினைத்திறன் தரம் கொண்ட ஸ்டீரிக் அமிலம் (SA, C18H36O2, உருகுநிலை: 72°C) தென் கொரியாவின் கியோங்கி-டோவில் உள்ள டேஜங் கெமிக்கல் & மெட்டல்ஸ் கோ., லிமிடெட் நிறுவனத்திடமிருந்து வாங்கப்பட்டது. முன்னோடிக் கரைசலாகப் பயன்படும் டெட்ராஎத்தில்ஆர்த்தோசிலிகேட் (TEOS, C8H20O4Si) பெல்ஜியத்தின் கீலில் உள்ள அக்ரோஸ் ஆர்கானிக்ஸ் நிறுவனத்திடமிருந்து வாங்கப்பட்டது. மேலும், தூய எத்தனால் (EA, C2H5OH) மற்றும் சோடியம் லாரில் சல்பேட் (SLS, C12H25NaO4S) ஆகியவை தென் கொரியாவின் கியோங்கி-டோவில் உள்ள டேஜங் கெமிக்கல் & மெட்டல்ஸ் கோ., லிமிடெட் நிறுவனத்திடமிருந்து வாங்கப்பட்டு, முறையே கரைப்பான்களாகவும் மற்றும் சர்பாக்டான்ட்களாகவும் பயன்படுத்தப்பட்டன. காய்ச்சி வடித்த நீரும் ஒரு கரைப்பானாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
வெவ்வேறு அளவிலான SA, வெவ்வேறு விகிதங்களில் சோடியம் லாரில் சல்பேட்டுடன் (SLS) 100 மிலி காய்ச்சி வடிகட்டிய நீரில், ஒரு காந்தக் கலக்கியைப் பயன்படுத்தி 800 rpm வேகத்திலும் 75 °C வெப்பநிலையிலும் 1 மணி நேரத்திற்கு கலக்கப்பட்டது (அட்டவணை 1). SA குழம்புகள் இரண்டு குழுக்களாகப் பிரிக்கப்பட்டன: (1) 5, 10 மற்றும் 15 கிராம் SA, 0.10 கிராம் SLS உடன் 100 மிலி காய்ச்சி வடிகட்டிய நீரில் கலக்கப்பட்டது (SATEOS1, SATEOS2 மற்றும் SATEOS3), (2) 20, 30 மற்றும் 50 கிராம் SA, 0.15, 0.20 மற்றும் 0.25 கிராம் SLS உடன் 100 மிலி காய்ச்சி வடிகட்டிய நீரில் கலக்கப்பட்டது (SATEOS4, SATEOS5 மற்றும் SATEOS6). அந்தந்த குழம்புகளை உருவாக்க 5, 10 மற்றும் 15 கிராம் SA உடன் 0.10 கிராம் SLS பயன்படுத்தப்பட்டது. அதனைத் தொடர்ந்து, SATEOS4, SATEOS5 மற்றும் SATEOS6 ஆகியவற்றிற்கான SLS-இன் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்க முன்மொழியப்பட்டது. நிலையான குழம்புக் கரைசல்களைப் பெறுவதற்குப் பயன்படுத்தப்பட்ட CA மற்றும் SLS-இன் விகிதங்களை அட்டவணை 1 காட்டுகிறது.
100 மிலி பீக்கரில் 10 மிலி TEOS, 10 மிலி எத்தனால் (EA) மற்றும் 20 மிலி காய்ச்சி வடிகட்டிய நீரை இடவும். SA மற்றும் SiO2 உறைகளின் வெவ்வேறு விகிதங்களின் உறையிடல் செயல்திறனை ஆய்வு செய்ய, அனைத்து மாதிரிகளின் தொகுப்பு குணகம் பதிவு செய்யப்பட்டது. இந்தக் கலவை ஒரு காந்தக் கலக்கியைக் கொண்டு 400 rpm வேகத்திலும் 60°C வெப்பநிலையிலும் 1 மணி நேரம் கலக்கப்பட்டது. பின்னர், தயாரிக்கப்பட்ட SA குழம்பில் முன்னோடி கரைசல் துளித்துளியாக சேர்க்கப்பட்டு, 800 rpm வேகத்திலும் 75°C வெப்பநிலையிலும் 2 மணி நேரம் தீவிரமாக கலக்கப்பட்டு, ஒரு வெள்ளை தூளைப் பெற வடிகட்டப்பட்டது. மீதமுள்ள SA-ஐ அகற்ற வெள்ளை தூள் காய்ச்சி வடிகட்டிய நீரால் கழுவப்பட்டு, 45°C வெப்பநிலையில் 24 மணி நேரம் வெற்றிட அடுப்பில் உலர்த்தப்பட்டது. இதன் விளைவாக, SiO2 உறையுடன் கூடிய நுண் உறையிடப்பட்ட SC பெறப்பட்டது. நுண் உறையிடப்பட்ட SA-இன் தொகுப்பு மற்றும் தயாரிப்பின் முழு செயல்முறையும் படம் 1-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.
SiO2 உறையைக் கொண்ட SA நுண்குமிழ்கள் கரைசல்-கூழ்ம முறையில் தயாரிக்கப்பட்டன, மேலும் அவற்றின் உறையிடும் செயல்முறை படம் 2-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. முதல் படியில், SLS-ஐ ஒரு பரப்பியொழிப்பானாகக் கொண்டு, நீர்க்கரைசலில் ஒரு SA குழம்பு தயாரிக்கப்படுகிறது. இந்த நிலையில், SA மூலக்கூறின் நீர்வெறுப்பு முனை SLS-உடனும், நீர்விருப்ப முனை நீர் மூலக்கூறுகளுடனும் பிணைந்து, ஒரு நிலையான குழம்பை உருவாக்குகிறது. இவ்வாறு, SLS-இன் நீர்வெறுப்புப் பகுதிகள் பாதுகாக்கப்பட்டு, SA துளியின் மேற்பரப்பை மூடுகின்றன. மறுபுறம், TEOS கரைசல்களின் நீராற்பகுப்பு நீர் மூலக்கூறுகளால் மெதுவாக நிகழ்ந்து, எத்தனால் முன்னிலையில் நீராற்பகுக்கப்பட்ட TEOS-ஐ உருவாக்குகிறது (படம் 2a) 49,50,51. நீராற்பகுக்கப்பட்ட TEOS ஒரு ஒடுக்க வினைக்கு உட்படுகிறது, இதன் போது n-நீராற்பகுக்கப்பட்ட TEOS சிலிக்கா கொத்துக்களை உருவாக்குகிறது (படம் 2b). SLS முன்னிலையில் சிலிக்கா கொத்துகள் SA52 ஆல் உறையிடப்பட்டன (படம் 2c), இது நுண் உறையிடல் செயல்முறை என்று அழைக்கப்படுகிறது.
SiO2 ஓட்டினால் CA-ஐ நுண்கூடாக்குதலின் திட்ட வரைபடம் (அ) TEOS-இன் நீராற்பகுப்பு (ஆ) நீராற்பகுக்கப்பட்ட பொருளின் ஒடுக்கம் மற்றும் (இ) SiO2 ஓட்டினால் CA-ஐ கூடாக்குதல்.
மொத்த SA மற்றும் நுண்குமிழியாக்கப்பட்ட SA ஆகியவற்றின் வேதியியல் பகுப்பாய்வானது, ஃபோரியர் உருமாற்ற அகச்சிவப்பு நிறமாலைமானியை (FT-IR, Perkin Elmer UATR Two, USA) பயன்படுத்தி மேற்கொள்ளப்பட்டது, மேலும் நிறமாலைகள் 500 முதல் 4000 cm-1 வரையிலான வரம்பில் பதிவு செய்யப்பட்டன.
மொத்த SA கட்டங்கள் மற்றும் நுண்குமிழிப் பொருட்களைப் பகுப்பாய்வு செய்ய ஒரு எக்ஸ்-கதிர் விளிம்புச்சிதறல்மானி (XRD, D/MAX-2500, Rigaku, Japan) பயன்படுத்தப்பட்டது. எக்ஸ்-கதிர் கட்டமைப்பு வருடல், 2θ = 5°–95° வரம்பில், நிமிடத்திற்கு 4° என்ற வருடல் வேகத்தில், Cu-Kα கதிர்வீச்சைப் (λ = 1.541 Å) பயன்படுத்தி, 25 kV மற்றும் 100 mA இயக்க நிலைமைகளில், தொடர்ச்சியான வருடல் முறையில் மேற்கொள்ளப்பட்டது. அனைத்து மாதிரிகளிலும் 50°-க்கு மேல் எந்த உச்சமும் காணப்படாததால், எக்ஸ்-கதிர் படங்கள் 2θ = 5–50° வரம்பில் உருவாக்கப்பட்டன.
மொத்த SA-வின் வேதியியல் நிலையையும், உறைப்பூச்சுப் பொருளில் உள்ள தனிமங்களையும் அறிந்துகொள்வதற்காக, Al Kα (1486.6 eV)-ஐ எக்ஸ்-கதிர் மூலமாகப் பயன்படுத்தி எக்ஸ்-கதிர் ஃபோட்டோ எலக்ட்ரான் நிறமாலையியல் (XPS, Scienta Omicron R3000, USA) நிகழ்த்தப்பட்டது. சேகரிக்கப்பட்ட XPS நிறமாலைகள், சிறப்பு கார்பனை (பிணைப்பு ஆற்றல் 284.6 eV) பயன்படுத்தி C 1s உச்சிக்கு அளவுத்திருத்தம் செய்யப்பட்டன. ஷெர்லி முறையைப் பயன்படுத்தி பின்னணித் திருத்தம் செய்த பிறகு, ஒவ்வொரு தனிமத்தின் உயர்-தெளிவுத்திறன் உச்சிகளும் CASA XPS மென்பொருளைப் பயன்படுத்திப் பிரிக்கப்பட்டு, காஸியன்/லாரன்ஸியன் சார்புகளுக்குப் பொருத்தப்பட்டன.
15 kV இல் ஆற்றல்-சிதறல் எக்ஸ்-கதிர் நிறமாலையியல் (EDS) பொருத்தப்பட்ட ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியைப் (SEM, MIRA3, TESCAN, Brno, Czech Republic) பயன்படுத்தி மொத்த SC மற்றும் நுண்-உறையிடப்பட்ட SC ஆகியவற்றின் உருவவியல் ஆய்வு செய்யப்பட்டது. SEM படமெடுப்பதற்கு முன், மின்னூட்ட விளைவுகளைத் தவிர்ப்பதற்காக மாதிரிகள் பிளாட்டினத்தால் (Pt) பூசப்பட்டன.
வெப்பப் பண்புகள் (உருகுதல்/திடமாதல் புள்ளி மற்றும் உள்ளுறை வெப்பம்) மற்றும் நம்பகத்தன்மை (வெப்பச் சுழற்சி) ஆகியவை, தொடர்ச்சியான நைட்ரஜன் செலுத்துதலுடன் 40 °C மற்றும் 90 °C வெப்பநிலைகளில், 10 °C/நிமிடம் என்ற வெப்பமூட்டும்/குளிரூட்டும் வேகத்தில், வேறுபாட்டு வருடல் வெப்ப அளவியல் (DSC, TA Instrument, Discovery DSC, Newcastle, USA) மூலம் கண்டறியப்பட்டன. எடை இழப்புப் பகுப்பாய்வானது, 40–600 °C வெப்பநிலையில் தொடங்கி, 10 °C/நிமிடம் என்ற வெப்பமூட்டும் வேகத்தில், தொடர்ச்சியான நைட்ரஜன் ஓட்டத்தில் ஒரு TGA பகுப்பாய்வியைப் (TA Instrument, Discovery TGA, New Castle, USA) பயன்படுத்தி மேற்கொள்ளப்பட்டது.
படம் 3, மொத்த SC மற்றும் நுண் உறைக்குள் இடப்பட்ட SC (SATEOS1, SATEOS2, SATEOS3, SATEOS4, SATEOS5 மற்றும் SATEOS6) ஆகியவற்றின் FTIR நிறமாலைகளைக் காட்டுகிறது. அனைத்து மாதிரிகளிலும் (SA மற்றும் நுண் உறைக்குள் இடப்பட்ட SA) 2910 cm-1 மற்றும் 2850 cm-1 இல் உள்ள உறிஞ்சுதல் உச்சங்கள், முறையே –CH3 மற்றும் –CH2 குழுக்களின் சமச்சீர் நீட்சி அதிர்வுகளுக்குக் காரணமாகின்றன¹⁰,⁵⁰. 1705 cm–1 இல் உள்ள உச்சம் C=O பிணைப்பின் அதிர்வு நீட்சிக்கு ஒத்திருக்கிறது. 1470 cm-1 மற்றும் 1295 cm-1 இல் உள்ள உச்சங்கள் –OH செயல்பாட்டுக் குழுவின் தளத்திற்குள் வளையும் அதிர்வுக்குக் காரணமாகின்றன, அதேசமயம் 940 cm-1 மற்றும் 719 cm-1 இல் உள்ள உச்சங்கள் முறையே –OH குழுவின் தளத்திற்குள் அதிர்வு மற்றும் தள-வளைவு அதிர்வுக்கு ஒத்திருக்கின்றன. அனைத்து நுண் உறைக்குள் இடப்பட்ட SA-விலும் 2910, 2850, 1705, 1470, 1295, 940 மற்றும் 719 cm-1 இல் SA-வின் உட்கிரகிப்பு உச்சங்கள் காணப்பட்டன. கூடுதலாக, SA நுண் உறையில் Si-O-Si பட்டையின் சமச்சீரற்ற நீட்சி அதிர்வுக்கு ஒத்த 1103 cm-1 இல் புதிதாகக் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட ஒரு உச்சம் காணப்பட்டது. FT-IR முடிவுகள் யுவான் மற்றும் குழுவினரின் முடிவுகளுடன் ஒத்துப்போகின்றன. 50 அவர்கள் அம்மோனியா/எத்தனால் விகிதத்தில் நுண் உறைக்குள் இடப்பட்ட SA-வை வெற்றிகரமாகத் தயாரித்து, SA மற்றும் SiO2-க்கு இடையில் எந்த வேதியியல் இடைவினையும் ஏற்படவில்லை என்பதைக் கண்டறிந்தனர். தற்போதைய FT-IR ஆய்வின் முடிவுகள், நீராற்பகுக்கப்பட்ட TEOS-இன் ஒடுக்கச் செயல்முறை மற்றும் பலபடியாக்கம் மூலம் SiO2 மேலுறையானது SA-வை (மையம்) வெற்றிகரமாக உறைக்குள் இட்டுள்ளது என்பதைக் காட்டுகின்றன. குறைந்த SA உள்ளடக்கத்தில், Si-O-Si பட்டையின் உச்சத் தீவிரம் அதிகமாக உள்ளது (படம் 3b-d). SA-வின் அளவு 15 கிராமுக்கு மேல் அதிகரிக்கும்போது, ​​உச்சத்தின் தீவிரமும் Si-O-Si பட்டையின் அகலமாதலும் படிப்படியாகக் குறைகின்றன. இது SA-வின் மேற்பரப்பில் SiO2-வின் ஒரு மெல்லிய படலம் உருவாவதைக் குறிக்கிறது.
(a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 மற்றும் (g) SATEOS6 ஆகியவற்றின் FTIR நிறமாலைகள்.
மொத்த SA மற்றும் நுண் உறையிடப்பட்ட SA ஆகியவற்றின் XRD வடிவங்கள் படம் 4-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. XRD சிகரங்கள் 2θ = 6.50° (300), 10.94° (500), 15.46° (700), 20.26° ((JCPDS எண். 0381923, 02-இன் படி 5)), அனைத்து மாதிரிகளிலும் 21.42° (311), 24.04° (602) மற்றும் 39.98° (913) ஆகிய இடங்களில் அமைந்துள்ளன, இவை SA-க்கு உரியவை. சர்பாக்டான்ட் (SLS), பிற எஞ்சிய பொருட்கள் மற்றும் SiO250-இன் நுண் உறையிடல் போன்ற நிச்சயமற்ற காரணிகளால் மொத்த CA-உடன் சிதைவும் கலப்பினத்தன்மையும் ஏற்படுகின்றன. உறைப்பூச்சு நிகழ்ந்த பிறகு, மொத்த CA உடன் ஒப்பிடும்போது முக்கிய உச்சங்களின் (300), (500), (311) மற்றும் (602) செறிவு படிப்படியாகக் குறைகிறது, இது மாதிரியின் படிகத்தன்மை குறைவதைக் குறிக்கிறது.
(a) SA, (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 மற்றும் (g) SATEOS6 ஆகியவற்றின் XRD வடிவங்கள்.
மற்ற மாதிரிகளுடன் ஒப்பிடும்போது SATEOS1-இன் செறிவு கடுமையாகக் குறைகிறது. நுண் உறைக்குள் இடப்பட்ட அனைத்து மாதிரிகளிலும் (படம் 4b–g) வேறு எந்த சிகரங்களும் காணப்படவில்லை, இது SA மேற்பரப்பில் வேதியியல் இடைவினையை விட SiO252-இன் இயற்பியல் உறிஞ்சலே நிகழ்கிறது என்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது. மேலும், SA-ஐ நுண் உறைக்குள் இடுவது எந்தவொரு புதிய கட்டமைப்புகளின் தோற்றத்திற்கும் வழிவகுக்கவில்லை என்றும் முடிவு செய்யப்பட்டது. SiO2 எந்தவொரு வேதியியல் வினையுமின்றி SA மேற்பரப்பில் அப்படியே உள்ளது, மேலும் SA-இன் அளவு குறையும்போது, ​​ஏற்கனவே உள்ள சிகரங்கள் (SATEOS1) மிகவும் தெளிவாகின்றன. இந்த முடிவு, SiO2 முக்கியமாக SA மேற்பரப்பை உறைக்குள் இடுகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது. (700)-இல் உள்ள சிகரம் முற்றிலுமாக மறைந்து, SATEOS 1-இல் (படம் 4b) \((\overline{5}02)\)-இல் உள்ள சிகரம் ஒரு திமிலாக மாறுகிறது, இது குறைந்த படிகத்தன்மை மற்றும் அதிகரித்த படிகமற்ற தன்மையுடன் தொடர்புடையது. SiO2 இயற்கையில் படிகமற்றது, எனவே 2θ = 19° முதல் 25° வரை காணப்படும் சிகரங்கள் ஒரு திமிலையும் அகலமாதலையும் கொண்டுள்ளன53 (படம் 4b–g), இது படிகமற்ற SiO252 இருப்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது. நுண் உறைக்குள் இடப்பட்ட SA-வின் குறைந்த விளிம்புச்சிதறல் சிகரச் செறிவானது, சிலிக்காவின் உள் சுவரின் கருவாக்க விளைவு மற்றும் வரம்புக்குட்பட்ட படிகமாக்கல் நடத்தை49 ஆகியவற்றால் ஏற்படுகிறது. குறைந்த SA உள்ளடக்கத்துடன், அதிக அளவு TEOS இருப்பதால் ஒரு தடிமனான சிலிக்கா ஓடு உருவாகிறது என்று நம்பப்படுகிறது, இது பெரும்பாலும் SA-வின் வெளிப்புற மேற்பரப்பில் உறிஞ்சப்படுகிறது. இருப்பினும், SA-வின் அளவு அதிகரிக்கும்போது, ​​குழம்புக் கரைசலில் உள்ள SA துளிகளின் மேற்பரப்புப் பரப்பளவு அதிகரிக்கிறது மற்றும் சரியான உறைப்பூச்சுக்கு அதிக TEOS தேவைப்படுகிறது. எனவே, அதிக SA உள்ளடக்கத்துடன், FT-IR இல் உள்ள SiO2 உச்சம் அடக்கப்படுகிறது (படம் 3), மற்றும் XRF இல் 2θ = 19–25° க்கு அருகிலுள்ள விளிம்புச்சிதறல் உச்சத்தின் தீவிரம் குறைகிறது (படம் 4). இருப்பினும், படம் 4 இல் காணப்படுவது போல், SA இன் அளவு 5 g (SATEOS1) இலிருந்து 50 g (SATEOS6) ஆக அதிகரிக்கப்பட்டவுடன், உச்சங்கள் மொத்த SA க்கு மிக நெருக்கமாகின்றன, மேலும் (700) இல் உள்ள உச்சம் அடையாளம் காணப்பட்ட அனைத்து உச்ச தீவிரங்களுடன் தோன்றுகிறது. இந்த முடிவு FT-IR முடிவுகளுடன் ஒத்துப்போகிறது, அங்கு 1103 cm-1 இல் SiO2 SATEOS6 உச்சத்தின் தீவிரம் குறைகிறது (படம் 3g).
SA, SATEOS1 மற்றும் SATEOS6 ஆகியவற்றில் உள்ள தனிமங்களின் வேதியியல் நிலைகள் படங்கள் 1 மற்றும் 2, படங்கள் 5, 6, 7 மற்றும் 8 மற்றும் அட்டவணை 2 ஆகியவற்றில் காட்டப்பட்டுள்ளன. மொத்த SA, SATEOS1 மற்றும் SATEOS6 ஆகியவற்றிற்கான அளவீட்டு ஸ்கேன்கள் படம் 5-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. மேலும் C 1s, O 1s மற்றும் Si 2p ஆகியவற்றிற்கான உயர் தெளிவுத்திறன் ஸ்கேன்கள் முறையே படங்கள் 5, 6, 7 மற்றும் 8 மற்றும் அட்டவணை 2, 6, 7 மற்றும் 8 ஆகியவற்றில் காட்டப்பட்டுள்ளன. XPS மூலம் பெறப்பட்ட பிணைப்பு ஆற்றல் மதிப்புகள் அட்டவணை 2-இல் சுருக்கப்பட்டுள்ளன. படம் 5-இல் இருந்து காணக்கூடியவாறு, SiO2 ஷெல்லின் நுண் உறைப்பூச்சு நிகழ்ந்த SATEOS1 மற்றும் SATEOS6-இல் தெளிவான Si 2s மற்றும் Si 2p சிகரங்கள் காணப்பட்டன. முந்தைய ஆராய்ச்சியாளர்கள் 155.1 eV54-இல் இதேபோன்ற Si 2s சிகரத்தைப் பதிவு செய்துள்ளனர். SATEOS1 (படம் 5b) மற்றும் SATEOS6 (படம் 5c) ஆகியவற்றில் Si சிகரங்கள் இருப்பது, FT-IR (படம் 3) மற்றும் XRD (படம் 4) தரவுகளை உறுதிப்படுத்துகிறது.
படம் 6a-வில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மொத்த SA-வின் C 1s, பிணைப்பு ஆற்றலில் CC, காலிஃபாட்டிக் மற்றும் O=C=O என மூன்று வெவ்வேறு உச்சங்களைக் கொண்டுள்ளது, அவை முறையே 284.5 eV, 285.2 eV மற்றும் 289.5 eV ஆகும். C–C, காலிஃபாட்டிக் மற்றும் O=C=O உச்சங்கள் SATEOS1 (படம் 6b) மற்றும் SATEOS6 (படம் 6c) ஆகியவற்றிலும் காணப்பட்டன, மேலும் அவை அட்டவணை 2-இல் சுருக்கமாகக் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன. இது தவிர, C 1s உச்சமானது 283.1 eV (SATEOS1) மற்றும் 283.5 eV (SATEOS6) இல் உள்ள ஒரு கூடுதல் Si-C உச்சத்துடனும் ஒத்துப்போகிறது. C–C, காலிஃபாட்டிக், O=C=O மற்றும் Si–C ஆகியவற்றிற்காக நாங்கள் கண்டறிந்த பிணைப்பு ஆற்றல்கள் மற்ற மூலங்களுடன்55,56 நன்கு ஒத்துப்போகின்றன.
O 1 SA, SATEOS1 மற்றும் SATEOS6 ஆகியவற்றின் XPS நிறமாலைகள் முறையே படங்கள் 7a–c இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. மொத்த SA-இன் O 1s உச்சியானது பிரிக்கப்பட்டு, C=O/C–O (531.9 eV) மற்றும் C–O–H (533.0 eV) என இரண்டு உச்சிகளைக் கொண்டுள்ளது, அதேசமயம் SATEOS1 மற்றும் SATEOS6-இன் O 1 உச்சிகள் சீராக உள்ளன. அவற்றில் C=O/C–O, C–O–H மற்றும் Si–OH55,57,58 என மூன்று உச்சிகள் மட்டுமே உள்ளன. மொத்த SA உடன் ஒப்பிடும்போது SATEOS1 மற்றும் SATEOS6-இல் உள்ள O 1s பிணைப்பு ஆற்றல் சிறிதளவு மாறுகிறது, இது ஷெல் பொருளில் SiO2 மற்றும் Si-OH இருப்பதால் வேதியியல் கூறுகளில் ஏற்படும் மாற்றத்துடன் தொடர்புடையது.
SATEOS1 மற்றும் SATEOS6-இன் Si 2p XPS நிறமாலைகள் முறையே படம் 8a மற்றும் b-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. மொத்த CA-இல், SiO2 இல்லாததால் Si 2p காணப்படவில்லை. Si 2p உச்சமானது SATEOS1-க்கு 105.4 eV ஆகவும், SATEOS6-க்கு 105.0 eV ஆகவும் உள்ளது, இது Si-O-Si-க்கு ஒத்திருக்கிறது. அதேசமயம், SATEOS1 உச்சம் 103.5 eV ஆகவும், SATEOS6 உச்சம் 103.3 eV ஆகவும் உள்ளது, இது Si-OH55-க்கு ஒத்திருக்கிறது. SATEOS1 மற்றும் SATEOS6-இல் உள்ள Si-O-Si மற்றும் Si-OH உச்சப் பொருத்தம், SA மைய மேற்பரப்பில் SiO2 வெற்றிகரமாக நுண் உறையிடப்பட்டதை வெளிப்படுத்தியது.
நுண் உறைப்பூச்சு செய்யப்பட்ட பொருளின் உருவவியல் மிகவும் முக்கியமானது, இது கரைதிறன், நிலைத்தன்மை, வேதியியல் வினைத்திறன், பாயும் தன்மை மற்றும் வலிமை59 ஆகியவற்றைப் பாதிக்கிறது. எனவே, படம் 9-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மொத்த SA (100×) மற்றும் நுண் உறைப்பூச்சு செய்யப்பட்ட SA (500×) ஆகியவற்றின் உருவவியலைப் பண்புப்படுத்த SEM பயன்படுத்தப்பட்டது. படம் 9a-இல் காணப்படுவது போல, SA கட்டியானது ஒரு நீள்வட்ட வடிவத்தைக் கொண்டுள்ளது. துகளின் அளவு 500 மைக்ரான்களைத் தாண்டுகிறது. இருப்பினும், நுண் உறைப்பூச்சு செயல்முறை தொடரும்போது, ​​படங்கள் 9 b–g-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, உருவவியல் வியத்தகு முறையில் மாறுகிறது.
(a) SA (×100), (b) SATEOS1, (c) SATEOS2, (d) SATEOS3, (e) SATEOS4, (f) SATEOS5 மற்றும் (g) SATEOS6 ஆகியவற்றின் ×500 அளவிலான SEM படங்கள்.
SATEOS1 மாதிரியில், சொரசொரப்பான மேற்பரப்புடன் கூடிய சிறிய, ஏறக்குறைய கோள வடிவ, SiO2-ஆல் மூடப்பட்ட SA துகள்கள் காணப்படுகின்றன (படம் 9b). SA மேற்பரப்பில் TEOS-இன் நீராற்பகுப்பு மற்றும் ஒடுக்கப் பலபடியாக்கம் காரணமாக, எத்தனால் மூலக்கூறுகளின் விரைவான பரவல் துரிதப்படுத்தப்படுவதால் இது ஏற்பட்டிருக்கலாம். இதன் விளைவாக, SiO2 துகள்கள் படிந்து, திரட்சி காணப்படுகிறது52,60. இந்த SiO2 மேலுறை, நுண்குமிழிக்குள் அடைக்கப்பட்ட CA துகள்களுக்கு இயந்திர வலிமையை வழங்குவதோடு, அதிக வெப்பநிலையில் உருகிய CA கசிவதையும் தடுக்கிறது10. இந்த முடிவு, SiO2-ஐக் கொண்ட SA நுண்குமிழிகளை ஆற்றல் சேமிப்புப் பொருட்களாகப் பயன்படுத்த முடியும் என்பதைக் காட்டுகிறது61. படம் 9b-இல் காணப்படுவது போல, SATEOS1 மாதிரியானது, SA-ஐ மூடியிருக்கும் ஒரு தடிமனான SiO2 அடுக்குடன், சீரான துகள் பரவலைக் கொண்டுள்ளது. நுண்குமிழிக்குள் அடைக்கப்பட்ட SA-இன் (SATEOS1) துகள் அளவு தோராயமாக 10–20 μm ஆகும் (படம் 9b). குறைந்த SA உள்ளடக்கம் காரணமாக, இது மொத்த SA-ஐ விட கணிசமாகச் சிறியதாக உள்ளது. மைக்ரோகாப்சூல் அடுக்கின் தடிமன், முன்னோடி கரைசலின் நீராற்பகுப்பு மற்றும் ஒடுக்கப் பலபடியாக்கம் ஆகியவற்றால் ஏற்படுகிறது. SA-வின் குறைந்த அளவுகளில், அதாவது 15 கிராம் வரை (படம் 9b-d), திரட்சி ஏற்படுகிறது, ஆனால் மருந்தளவு அதிகரிக்கப்பட்டவுடன், திரட்சி எதுவும் காணப்படவில்லை, ஆனால் தெளிவாக வரையறுக்கப்பட்ட கோள வடிவ துகள்கள் காணப்படுகின்றன (படம் 9e-g) 62.
மேலும், SLS சர்பாக்டான்ட்டின் அளவு மாறாமல் இருக்கும்போது, ​​SA உள்ளடக்கமும் (SATEOS1, SATEOS2 மற்றும் SATEOS3) செயல்திறன், வடிவம் மற்றும் துகள் அளவுப் பரவலைப் பாதிக்கிறது. இதனால், SATEOS1 சிறிய துகள் அளவு, சீரான பரவல் மற்றும் அடர்த்தியான மேற்பரப்பைக் கொண்டிருப்பது கண்டறியப்பட்டது (படம் 9b). இது, மாறாத சர்பாக்டான்ட் அளவில் இரண்டாம் நிலை கருவாக்கத்தை ஊக்குவிக்கும் SA-வின் நீர்நாட்டப் பண்பினால் ஏற்பட்டது63. SA உள்ளடக்கத்தை 5 முதல் 15 கிராம் வரை (SATEOS1, SATEOS2 மற்றும் SATEOS3) அதிகரித்து, மாறாத அளவு சர்பாக்டான்ட்டை, அதாவது 0.10 கிராம் SLS-ஐ (அட்டவணை 1) பயன்படுத்துவதன் மூலம், சர்பாக்டான்ட் மூலக்கூறின் ஒவ்வொரு துகளின் பங்களிப்பும் குறையும், அதன் மூலம் துகள் அளவும் துகள் அடர்த்தியும் குறையும் என்று நம்பப்படுகிறது. SATEOS2 (படம் 9c) மற்றும் SATEOS3 (படம் 9d) ஆகியவற்றின் பரவல், SATEOS 1 (படம் 9b)-இன் பரவலிலிருந்து வேறுபடுகிறது.
SATEOS1 உடன் ஒப்பிடும்போது (படம் 9b), SATEOS2 நுண்கூழ்மமாக்கப்பட்ட SA-வின் அடர்த்தியான உருவமைப்பைக் காட்டியது மற்றும் துகள் அளவு அதிகரித்தது (படம் 9c). இது திரள்வு 49 காரணமாகும், இது உறைதல் வீதத்தைக் குறைக்கிறது (படம் 2b). SLS அதிகரிக்கும்போது SC-யின் அளவு அதிகரிப்பதால், திரள்வு எவ்வாறு நிகழ்கிறது என்பதைப் படத்தில் காட்டியுள்ளபடி, நுண்கூழ்மங்கள் தெளிவாகத் தெரிகின்றன. மேலும், அனைத்துத் துகள்களும் வடிவத்திலும் அளவிலும் தெளிவாகக் கோளமாக இருப்பதைக் படங்கள் 9e–g காட்டுகின்றன. அதிக அளவு SA இருக்கும்போது, ​​பொருத்தமான அளவு சிலிக்கா ஒலிகோமர்களைப் பெற முடியும், இது பொருத்தமான ஒடுக்கம் மற்றும் உறைப்பூச்சுக்கு வழிவகுத்து, அதன் விளைவாக நன்கு வரையறுக்கப்பட்ட நுண்கூழ்மங்களை உருவாக்குகிறது49 என்பது அங்கீகரிக்கப்பட்டுள்ளது. SEM முடிவுகளிலிருந்து, குறைந்த அளவு SA உடன் ஒப்பிடும்போது SATEOS6 அதற்கேற்ற நுண்கூழ்மங்களை உருவாக்கியது என்பது தெளிவாகிறது.
மொத்த SA மற்றும் நுண்குமிழி SA ஆகியவற்றின் ஆற்றல் சிதறல் எக்ஸ்-கதிர் நிறமாலையியல் (EDS) முடிவுகள் அட்டவணை 3-இல் வழங்கப்பட்டுள்ளன. இந்த அட்டவணையிலிருந்து காணக்கூடியவாறு, Si உள்ளடக்கம் SATEOS1 (12.34%)-இலிருந்து SATEOS6 (2.68%) வரை படிப்படியாகக் குறைகிறது. SA-இன் அளவு அதிகரிப்பதால், SA-இன் அளவில் ஏற்படும் அதிகரிப்பு, SA மேற்பரப்பில் SiO2 படிவதைக் குறைக்கிறது என்று நாம் கூறலாம். EDS51-இன் அரை-அளவுசார் பகுப்பாய்வின் காரணமாக, அட்டவணை 3-இல் C மற்றும் O உள்ளடக்கங்களுக்கு நிலையான மதிப்புகள் இல்லை. நுண்குமிழியாக்கப்பட்ட SA-இன் Si உள்ளடக்கம் FT-IR, XRD மற்றும் XPS முடிவுகளுடன் தொடர்புபடுத்தப்பட்டது.
மொத்த SA மற்றும் SiO2 உறையுடன் கூடிய நுண் உறையிடப்பட்ட SA ஆகியவற்றின் உருகுதல் மற்றும் திண்மமாதல் பண்புகள் படங்கள் 1 மற்றும் 2-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. அவை முறையே படங்கள் 10 மற்றும் 11-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன, மேலும் வெப்பத் தரவுகள் அட்டவணை 4-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. நுண் உறையிடப்பட்ட SA-இன் உருகுதல் மற்றும் திண்மமாதல் வெப்பநிலைகள் வேறுபட்டுக் காணப்பட்டன. SA-இன் அளவு அதிகரிக்கும்போது, ​​உருகுதல் மற்றும் திண்மமாதல் வெப்பநிலைகள் அதிகரித்து, மொத்த SA-இன் மதிப்புகளை நெருங்குகின்றன. SA நுண் உறையிடப்பட்ட பிறகு, சிலிக்கா சுவர் படிகமாதல் வெப்பநிலையை அதிகரிக்கிறது, மேலும் அதன் சுவர் ஒருபடித்தன்மையின்மையை ஊக்குவிக்கும் ஒரு மையமாகச் செயல்படுகிறது. எனவே, SA-இன் அளவு அதிகரிக்கும்போது, ​​உருகுதல் (படம் 10) மற்றும் திண்மமாதல் (படம் 11) வெப்பநிலைகளும் படிப்படியாக அதிகரிக்கின்றன49,51,64. அனைத்து நுண் உறையிடப்பட்ட SA மாதிரிகளிலும், SATEOS6 மிக உயர்ந்த உருகுதல் மற்றும் திண்மமாதல் வெப்பநிலைகளைக் காட்டியது, அதைத் தொடர்ந்து SATEOS5, SATEOS4, SATEOS3, SATEOS2 மற்றும் SATEOS1 ஆகியவை இருந்தன.
SATEOS1 மிகக் குறைந்த உருகுநிலை (68.97 °C) மற்றும் திண்மமாதல் வெப்பநிலையை (60.60 °C) காட்டுகிறது. இதற்குக் காரணம், அதன் சிறிய துகள் அளவாகும். இதில் நுண்குமிழிகளுக்குள் SA துகள்களின் இயக்கம் மிகக் குறைவாக உள்ளது. மேலும், SiO2 உறை ஒரு தடிமனான அடுக்கை உருவாக்குவதால், மையப் பொருள் நீட்சி மற்றும் இயக்கத்தைக் கட்டுப்படுத்துகிறது⁴⁹. இந்தக் கருதுகோள் SEM முடிவுகளுடன் தொடர்புடையது. அதில், SATEOS1 ஒரு சிறிய துகள் அளவைக் காட்டியது (படம் 9b). இதற்குக் காரணம், SA மூலக்கூறுகள் நுண்குமிழிகளின் மிகச் சிறிய பகுதிக்குள் கட்டுப்படுத்தப்பட்டிருப்பதே ஆகும். முக்கியப் பொருளின் உருகுதல் மற்றும் திண்மமாதல் வெப்பநிலைகளுக்கும், SiO2 உறைகளைக் கொண்ட அனைத்து SA நுண்குமிழிகளின் வெப்பநிலைகளுக்கும் இடையிலான வேறுபாடு 6.10–8.37 °C வரம்பில் உள்ளது. இந்த முடிவு, SiO2 உறையின் நல்ல வெப்பக் கடத்துத்திறன் காரணமாக, நுண்குமிழிக்குள் அடைக்கப்பட்ட SA-ஐ ஒரு ஆற்றல் சேமிப்புப் பொருளாகப் பயன்படுத்த முடியும் என்பதைக் காட்டுகிறது⁶⁵.
அட்டவணை 4-இல் காணப்படுவது போல, SEM மூலம் காணப்பட்ட சரியான உறைப்பூச்சு காரணமாக, அனைத்து நுண் உறைப்பூச்சு செய்யப்பட்ட SC-களிலும் SATEOS6 மிக உயர்ந்த என்டால்பியைக் கொண்டுள்ளது (படம் 9g). சமன்பாடு (1)-ஐப் பயன்படுத்தி SA பேக்கிங் விகிதத்தைக் கணக்கிடலாம். (1) நுண் உறைப்பூச்சு செய்யப்பட்ட SA49-இன் உள்ளுறை வெப்பத் தரவை ஒப்பிடுவதன் மூலம்.
R மதிப்பு நுண் உறையிடப்பட்ட SC இன் உறையிடல் அளவை (%) குறிக்கிறது, ΔHMEPCM,m என்பது நுண் உறையிடப்பட்ட SC இன் உருகுதலின் உள்ளுறை வெப்பத்தைக் குறிக்கிறது, மற்றும் ΔHPCM,m என்பது SC இன் உருகுதலின் உள்ளுறை வெப்பத்தைக் குறிக்கிறது. கூடுதலாக, சமன்பாடு (1) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, பேக்கேஜிங் செயல்திறன் (%) மற்றொரு முக்கியமான தொழில்நுட்ப அளவுருவாகக் கணக்கிடப்படுகிறது. (2)49.
E மதிப்பு என்பது நுண்கூழ்மமாக்கப்பட்ட CA-வின் கூழ்மமாக்கல் செயல்திறனை (%) குறிக்கிறது, ΔHMEPCM,s என்பது நுண்கூழ்மமாக்கப்பட்ட CA-வின் பதப்படுத்தும் உள்ளுறை வெப்பத்தைக் குறிக்கிறது, மற்றும் ΔHPCM,s என்பது CA-வின் பதப்படுத்தும் உள்ளுறை வெப்பத்தைக் குறிக்கிறது.
அட்டவணை 4-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, SATEOS1-இன் அடைப்பு அளவு மற்றும் செயல்திறன் முறையே 71.89% மற்றும் 67.68% ஆகும், மேலும் SATEOS6-இன் அடைப்பு அளவு மற்றும் செயல்திறன் முறையே 90.86% மற்றும் 86.68% ஆகும் (அட்டவணை 4). அனைத்து நுண்-உறையிடப்பட்ட SA-களிலும், SATEOS6 மாதிரியானது மிக உயர்ந்த உறையிடல் குணகம் மற்றும் செயல்திறனைக் காட்டுகிறது, இது அதன் உயர் வெப்பத் திறனைக் குறிக்கிறது. எனவே, திட நிலையிலிருந்து திரவ நிலைக்கு மாறுவதற்கு அதிக அளவு ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. கூடுதலாக, குளிரூட்டும் செயல்முறையின் போது அனைத்து SA நுண்குமிழ்கள் மற்றும் மொத்த SA ஆகியவற்றின் உருகுதல் மற்றும் திடமாதல் வெப்பநிலைகளில் உள்ள வேறுபாடு, நுண்குமிழ் தொகுப்பின் போது சிலிக்கா ஓடு இடஞ்சார்ந்து கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது என்பதைக் குறிக்கிறது. இவ்வாறு, SC-இன் அளவு அதிகரிக்கும்போது, ​​உறையிடல் விகிதம் மற்றும் செயல்திறன் படிப்படியாக அதிகரிக்கிறது என்பதை முடிவுகள் காட்டுகின்றன (அட்டவணை 4).
மொத்த SA மற்றும் SiO2 உறையுடன் கூடிய நுண்குமிழி SA (SATEOS1, SATEOS3 மற்றும் SATEOS6) ஆகியவற்றின் TGA வளைவுகள் படம் 12-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. மொத்த SA (SATEOS1, SATEOS3 மற்றும் SATEOS6)-இன் வெப்ப நிலைத்தன்மைப் பண்புகள் நுண்குமிழி மாதிரிகளுடன் ஒப்பிடப்பட்டன. TGA வளைவிலிருந்து, மொத்த SA மற்றும் நுண்குமிழி SA ஆகியவற்றின் எடை இழப்பு 40°C முதல் 190°C வரை சீராகவும் மிகச் சிறிதளவாகவும் குறைகிறது என்பது தெளிவாகிறது. இந்த வெப்பநிலையில், மொத்த SC வெப்பச் சிதைவுக்கு உள்ளாவதில்லை, ஆனால் நுண்குமிழி SC, 45°C வெப்பநிலையில் 24 மணி நேரம் உலர்த்திய பின்னரும் கூட உறிஞ்சப்பட்ட நீரை வெளியிடுகிறது. இது சிறிதளவு எடை இழப்புக்கு வழிவகுத்தது,49 ஆனால் இந்த வெப்பநிலைக்குப் பிறகு அந்தப் பொருள் சிதைவடையத் தொடங்கியது. குறைந்த SA உள்ளடக்கத்தில் (அதாவது SATEOS1), உறிஞ்சப்பட்ட நீரின் அளவு அதிகமாக உள்ளது, எனவே 190°C வரையிலான நிறை இழப்பும் அதிகமாக உள்ளது (படம் 12-இன் உட்செருகல்). வெப்பநிலை 190 °C-க்கு மேல் உயர்ந்தவுடன், சிதைவு செயல்முறைகள் காரணமாக மாதிரி அதன் நிறையை இழக்கத் தொடங்குகிறது. மொத்த SA 190°C-ல் சிதையத் தொடங்குகிறது மற்றும் 260°C-ல் 4% மட்டுமே எஞ்சியுள்ளது, அதேசமயம் SATEOS1, SATEOS3 மற்றும் SATEOS6 ஆகியவை இந்த வெப்பநிலையில் முறையே 50%, 20% மற்றும் 12%-ஐத் தக்கவைத்துக் கொள்கின்றன. 300 °C-க்குப் பிறகு, மொத்த SA-வின் நிறை இழப்பு தோராயமாக 97.60% ஆக இருந்தது, அதேசமயம் SATEOS1, SATEOS3 மற்றும் SATEOS6 ஆகியவற்றின் நிறை இழப்பு முறையே தோராயமாக 54.20%, 82.40% மற்றும் 90.30% ஆக இருந்தது. SA-வின் அளவு அதிகரிக்கும்போது, ​​SiO2-வின் அளவு குறைகிறது (அட்டவணை 3), மேலும் SEM-ல் (படம் 9) மேலுறை மெலிவது காணப்படுகிறது. இதனால், மொத்த SA உடன் ஒப்பிடும்போது, ​​நுண் உறைக்குள் இடப்பட்ட SA-வின் எடை இழப்பு குறைவாக உள்ளது. இதற்கு SiO2 உறையின் சாதகமான பண்புகளே காரணம். இது SA-வின் மேற்பரப்பில் ஒரு கார்பன் கலந்த சிலிக்கேட்-கார்பன் அடுக்கை உருவாக்குவதை ஊக்குவிக்கிறது, அதன் மூலம் SA மையத்தைத் தனிமைப்படுத்தி, அதன் விளைவாக உருவாகும் ஆவியாகும் பொருட்களின் வெளியீட்டை மெதுவாக்குகிறது¹⁰. இந்த கரி அடுக்கு வெப்பச் சிதைவின் போது ஒரு இயற்பியல் பாதுகாப்புத் தடையை உருவாக்குகிறது, எரியக்கூடிய மூலக்கூறுகள் வாயு நிலைக்கு மாறுவதைக் கட்டுப்படுத்துகிறது⁶⁶,⁶⁷. இது தவிர, குறிப்பிடத்தக்க எடை இழப்பு முடிவுகளையும் நாம் காணலாம்: SATEOS3, SATEOS6 மற்றும் SA உடன் ஒப்பிடும்போது SATEOS1 குறைந்த மதிப்புகளைக் காட்டுகிறது. இதற்குக் காரணம், SATEOS3 மற்றும் SATEOS6-ல் SiO2 உறை ஒரு தடிமனான அடுக்கை உருவாக்குவதை விட, SATEOS1-ல் SA-வின் அளவு குறைவாக இருப்பதே ஆகும். இதற்கு மாறாக, மொத்த SA-வின் மொத்த எடை இழப்பு 415 °C-ல் 99.50%-ஐ அடைகிறது. இருப்பினும், SATEOS1, SATEOS3 மற்றும் SATEOS6 ஆகியவை 415 °C வெப்பநிலையில் முறையே 62.50%, 85.50% மற்றும் 93.76% எடை இழப்பைக் காட்டின. இந்த முடிவு, TEOS-ஐச் சேர்ப்பது SA-வின் மேற்பரப்பில் ஒரு SiO2 அடுக்கை உருவாக்குவதன் மூலம் SA-வின் சிதைவை மேம்படுத்துகிறது என்பதைக் குறிக்கிறது. இந்த அடுக்குகள் ஒரு இயற்பியல் பாதுகாப்புத் தடையை உருவாக்க முடியும், எனவே நுண் உறையிடப்பட்ட CA-வின் வெப்ப நிலைத்தன்மையில் ஒரு முன்னேற்றத்தைக் காண முடிகிறது.
DSC51,52-இன் 30 வெப்பமூட்டும் மற்றும் குளிர்விக்கும் சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு, மொத்த SA மற்றும் சிறந்த நுண் உறையிடப்பட்ட மாதிரியின் (அதாவது SATEOS 6) வெப்ப நம்பகத்தன்மை முடிவுகள் படம் 13-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. மொத்த SA (படம் 13a) உருகு வெப்பநிலை, திண்மமாதல் மற்றும் என்டால்பி மதிப்பில் எந்த வேறுபாட்டையும் காட்டவில்லை, அதேசமயம் SATEOS6 (படம் 13b) 30-வது வெப்பமூட்டும் சுழற்சி மற்றும் குளிர்விக்கும் செயல்முறைக்குப் பிறகும் வெப்பநிலை மற்றும் என்டால்பி மதிப்பில் எந்த வேறுபாட்டையும் காட்டவில்லை என்பது காணப்படுகிறது. மொத்த SA 72.10 °C உருகுநிலையையும், 64.69 °C திண்மமாதல் வெப்பநிலையையும் காட்டியது, மேலும் முதல் சுழற்சிக்குப் பிறகு உருகுதல் மற்றும் திண்மமாதல் வெப்பம் முறையே 201.0 J/g மற்றும் 194.10 J/g ஆக இருந்தது. 30-வது சுழற்சிக்குப் பிறகு, இந்த மதிப்புகளின் உருகுநிலை 71.24 °C ஆகவும், திண்மமாதல் வெப்பநிலை 63.53 °C ஆகவும் குறைந்தது, மற்றும் என்டால்பி மதிப்பு 10% குறைந்தது. உருகுதல் மற்றும் திண்மமாதல் வெப்பநிலைகளில் ஏற்படும் மாற்றங்கள், அத்துடன் என்டால்பி மதிப்புகளில் ஏற்படும் குறைவுகள், நுண் உறைப்பூச்சு அல்லாத பயன்பாடுகளுக்கு மொத்த CA நம்பகமற்றது என்பதைக் காட்டுகின்றன. இருப்பினும், முறையான நுண் உறைப்பூச்சு நிகழ்ந்த பிறகு (SATEOS6), உருகுதல் மற்றும் திண்மமாதல் வெப்பநிலைகளும் என்டால்பி மதிப்புகளும் மாறுவதில்லை (படம் 13b). SiO2 உறைகளால் நுண் உறைப்பூச்சு செய்யப்பட்டவுடன், SA அதன் உகந்த உருகுதல் மற்றும் திண்மமாதல் வெப்பநிலைகள் மற்றும் நிலையான என்டால்பி காரணமாக, வெப்பப் பயன்பாடுகளில், குறிப்பாகக் கட்டுமானத்தில், ஒரு நிலை மாற்றப் பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படலாம்.
முதல் மற்றும் 30வது வெப்பமூட்டும் மற்றும் குளிர்விக்கும் சுழற்சிகளில் SA (a) மற்றும் SATEOS6 (b) மாதிரிகளுக்குப் பெறப்பட்ட DSC வளைவுகள்.
இந்த ஆய்வில், SA-ஐ மையப் பொருளாகவும் SiO2-ஐ வெளி உறைப் பொருளாகவும் கொண்டு நுண் உறையிடல் குறித்த ஒரு முறையான ஆய்வு மேற்கொள்ளப்பட்டது. SA மேற்பரப்பில் ஒரு SiO2 ஆதரவு அடுக்கையும் ஒரு பாதுகாப்பு அடுக்கையும் உருவாக்க, TEOS ஒரு முன்னோடியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. நுண் உறையிடப்பட்ட SA வெற்றிகரமாகத் தொகுக்கப்பட்ட பிறகு, FT-IR, XRD, XPS, SEM மற்றும் EDS முடிவுகள் SiO2-இன் இருப்பைக் காட்டின. SEM பகுப்பாய்வு, SATEOS6 மாதிரியானது SA மேற்பரப்பில் SiO2 வெளி உறைகளால் சூழப்பட்ட, நன்கு வரையறுக்கப்பட்ட கோள வடிவத் துகள்களைக் கொண்டிருப்பதைக் காட்டுகிறது. இருப்பினும், குறைந்த SA உள்ளடக்கம் கொண்ட MEPCM திரட்சியை வெளிப்படுத்துகிறது, இது PCM-இன் செயல்திறனைக் குறைக்கிறது. XPS பகுப்பாய்வு, நுண் உறை மாதிரிகளில் Si-O-Si மற்றும் Si-OH இருப்பதைக் காட்டியது, இது SA மேற்பரப்பில் SiO2 உறிஞ்சப்பட்டதை வெளிப்படுத்தியது. வெப்ப செயல்திறன் பகுப்பாய்வின்படி, SATEOS6 மிகவும் நம்பிக்கைக்குரிய வெப்ப சேமிப்புத் திறனைக் காட்டுகிறது. இதன் உருகுதல் மற்றும் திடமாதல் வெப்பநிலைகள் முறையே 70.37°C மற்றும் 64.27°C ஆகும். மேலும், உருகுதல் மற்றும் திடமாதலின் உள்ளுறை வெப்பம் முறையே 182.53 J/g மற்றும் 160.12 J/g. G. ஆகும். SATEOS6-இன் அதிகபட்ச பேக்கேஜிங் செயல்திறன் 86.68% ஆகும். 30 வெப்பமூட்டும் மற்றும் குளிர்விக்கும் செயல்முறைகளுக்குப் பிறகும் SATEOS6 நல்ல வெப்ப நிலைத்தன்மையையும் நம்பகத்தன்மையையும் கொண்டிருப்பதை TGA மற்றும் DSC வெப்ப சுழற்சி பகுப்பாய்வு உறுதிப்படுத்தியது.
யாங் டி., வாங் எக்ஸ்ஒய் மற்றும் லி டி. வெப்ப ஆற்றல் சேமிப்பிற்கான வெப்பவேதியியல் திட-வாயு கலப்பு உறிஞ்சுதல் அமைப்பின் செயல்திறன் பகுப்பாய்வு மற்றும் அதன் செயல்திறனை மேம்படுத்துதல். பயன்பாடு. சூடான. பொறியாளர். 150, 512–521 (2019).
ஃபரித், எம்.எம்., குதைர், ஏ.எம்., ரசாக், எஸ். மற்றும் அல்-ஹல்லாஜ், எஸ். நிலை மாற்ற ஆற்றல் சேமிப்பு பற்றிய ஒரு ஆய்வு: பொருட்கள் மற்றும் பயன்பாடுகள். எனர்ஜி கன்வெர்ட்டர். மேனேஜர். 45, 1597–1615 (2004).
ரெஜின் ஏ.எஃப், சோலங்கி எஸ்.எஸ் மற்றும் சைனி ஜே.எஸ். பி.சி.எம் காப்ஸ்யூல்களைப் பயன்படுத்தும் வெப்ப ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளின் வெப்பப் பரிமாற்ற செயல்திறன்: ஒரு ஆய்வு. புதுப்பிப்பு. ஆதரவு. எனர்ஜி ரெவ் 12, 2438–2458 (2008).
லியு, எம்., சமன், டபிள்யூ. மற்றும் புருனோ, எஃப். உயர் வெப்பநிலை நிலைமாற்ற வெப்ப சேமிப்பு அமைப்புகளுக்கான சேமிப்புப் பொருட்கள் மற்றும் வெப்ப செயல்திறன் மேம்பாட்டு தொழில்நுட்பங்கள் பற்றிய ஒரு ஆய்வு. புதுப்பிப்பு. ஆதரவு. ஆற்றல் மதிப்பாய்வு 16, 2118–2132 (2012).
ஃபாங் குயோயிங், லி ஹாங், லியு சியாங், வு எஸ்.எம். நானோ உறைக்குள் அடைக்கப்பட்ட வெப்ப ஆற்றல் n-டெட்ராடெகேன் கட்ட மாற்றப் பொருட்களின் தயாரிப்பு மற்றும் பண்பறிதல். கெமிக்கல் இன்ஜினியர் ஜர்னல். 153, 217–221 (2009).
Mu, B. மற்றும் Li, M. சூரிய ஆற்றல் மாற்றம் மற்றும் சேமிப்பிற்காக மாற்றியமைக்கப்பட்ட கிராஃபீன் ஏரோஜெல்களைப் பயன்படுத்தி புதுமையான வடிவம்-நிலையான கட்ட மாற்றம் கலப்புப் பொருட்களின் தொகுப்பு. Sol. Energy materials. Sol. Cell 191, 466–475 (2019).
ஹுவாங், கே., அல்வா, ஜி., ஜியா, ஒய்., மற்றும் ஃபாங், ஜி. வெப்ப ஆற்றல் சேமிப்பில் கட்ட மாற்றப் பொருட்களின் உருவவியல் பண்புக்கூறுகளும் பயன்பாடும்: ஒரு மீளாய்வு. புதுப்பிப்பு. ஆதரவு. ஆற்றல் பதிப்பு. 72, 128–145 (2017).