مطالعات ویژگی‌های حرارتی مواد تغییر فاز دهنده موم پارافین

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):

مطالعات ویژگی‌های حرارتی مواد تغییر فاز دهنده موم پارافین نانو تقویت‌‌شده در کاربردهای ذخیره‌‌سازی حرارتی

چکیده

هدف از این پژوهش بهبود ویژگی‌های ذخیره‌‌سازی انرژی حرارتی موم پارافین با افزودن نانوذراتی مانند نانولوله‌‌های کربنی چند جداره (MWCNT) و نانو SiO₂ است. پراکندگی نانوذرات MWNCT و SiO₂ در درصدهای وزنی 0.5 و 1.0 به ترتیب در موم پارافین منجر به تقویت  PCMتوسط نانوذرات مونو و هیبریدی (HnPCM)  شد. میکروسکوپ الکترونی عبوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی و پراش اشعه ایکس برای توصیف نانوذرات و PCM ساخته شده استفاده شد. کالریمتری اسکن تفاضلی، تجزیه و تحلیل حرارتی و اندازه‌‌گیری هدایت حرارتی برای بررسی چگونگی تأثیر نانوذرات هیبریدی بر ویژگی‌های فیزیکی حرارتی موم پارافین استفاده ‌شد. کسر وزنی نانوذرات پراکنده در PCM­‌ها به طور مستقیم با بهبود هدایت حرارتی کامپوزیت متناسب است. برای بهره‌مندی بیشتر از افزایش رسانایی حرارتی، از کسر وزنی نانوذرات هیبریدی که برابر یا بزرگتر از 1 درصد است استفاده شد. نتایج آنالیز نشان می‌دهد که ادغام نانوذرات SiO₂ و MWCNT با موم پارافین همگن بوده و نانوذرات رسانایی حرارتی موم پارافین را به ترتیب با HnPCM 2 به HnPCM 4 به ترتیب به 32، 40 و 46 درصد افزایش داده‌‌اند. دمای ذوب و انجماد PCM را می‌­توان با پراکندگی نانوذرات کاهش و افزایش داد، همانطور که به صورت تجربی نشان داده شد. سایر خواصی مانند گرمای نهان، گرمای ویژه و ویسکوزیته ممکن است تحت تأثیر پراکندگی بیش از حد نانوذرات قرار گیرند. این یافته‌های امیدوارکننده نشان داد که نانوذرات، به‌ویژه MWCNT و SiO₂ ممکن است برای بهبود ویژگی‌های حرارتی موم پارافین برای ذخیره‌‌سازی انرژی حرارتی استفاده شوند.

نتیجه­‌گیری

بررسی خواص حرارتی HnPCM حاوی نانو ساختارهای مبتنی بر کربن (MWCNT) و اکسیدهای فلزی  (SiO₂)  انجام شد. از نتایج به دست آمده می‌­توان نتیجه گیری‌­های زیر را به دست آورد.

• اندازه نانوذرات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) تایید می‌شود. خلوص ذرات را تضمین می‌‌نماید زیرا حاشیه‌های پراش در یک الگوی منظم قرار دارند.

• موم پارافین در بسته‌­ای از شاخه‌­ها به شکل جسم قرار گرفته است که از تصاویر FE-SEM به وضوح قابل مشاهده است. اما با افزایش درصد وزنی MWCNT و SiO₂، ساختار پیچیده شده مشاهده شد.

• نقطه ذوب موم پارافین را می­‌توان با افزایش درصد وزنی MWCNT و SiO₂ از 64.70℃ به 59.71℃ کاهش داد. زمانی که درصد وزنی MWCNT و SiO₂ در مخلوط افزایش می‌‌‌یابد، دمایی که در آن موم پارافین از 50.20 درجه سانتی‌گراد به 52.78 درجه سانتی‌گراد جامد می‌‌شود.

• افزودن MWCNT و نانو SiO₂ به موم پارافین به خوبی در ناحیه‌‌­ای که دمای ذوب و انجماد HnPCM­ها در مقایسه با موم پارافین خالص کاهش یافته بود، کمک نمود. از سوی دیگر، افزایش درصد وزنی نانو­­ذرات MWCNT و SiO₂ در HnPCM منجر به کاهش گرمای نهان HnPCM شد و انحراف در HnPCM 4 حداکثر بود.(98 PW + 1 MWCNT + 1 SiO₂)

• آنالیز حرارتی نمونه‌­ها نشان داد که نفوذ نانوذرات هیبریدی به پارافین با افزایش چشمگیر دمایی که در آن تجزیه حرارتی پارافین اتفاق می‌­افتد، روند تجزیه حرارتی پارافین را کاهش می­‌دهد. زوال حرارتی به ترتیب در دمای 140 ℃، 160 ℃، 165 ℃، 170 ℃ شروع شد و به ترتیب در 330 ℃ ، 335 ℃، 350 ℃، 380 ℃ متوقف شد.

• ارزیابی رسانایی حرارتی نشان داد که نانوذرات هیبریدی قادر به افزایش رسانایی حرارتی پارافین به صورت قابل توجهی هستند. رسانایی حرارتی موم پارافین خالص 0.24 بود و با افزایش آن از 0.24 به 0.45081 می‌‌توان آن را به 0.45081 برای HnPCM ارتقا داد.

دانلود مقاله: مطالعات ویژگی‌های حرارتی مواد تغییر فاز دهنده موم پارافین نانو تقویت‌‌شده برای کاربردهای ذخیره‌‌سازی حرارتی

Reference

Bharathiraja, R., T. Ramkumar, and M. Selvakumar. "Studies on the thermal characteristics of nano-enhanced paraffin wax phase change material (PCM) for thermal storage applications." Journal of Energy Storage 73 (2023): 109216.‏

DOI: doi.org/10.1016/j.est.2023.109216

ترجمه و ویرایش: دانیال ابراهیم‌‌­زاده