بی بدیل پرداز: پژوهشگران دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با بهره گیری از روشی ساده و کم هزینه تر برای تولید کامپوزیت های الیافی، توانستند راهکاری برای مدیریت انرژی حرارتی توسط عایق های دینامیکی بر پایه کامپوزیت های الیافی حاوی نانوذرات اکسید آهن عرضه کنند و بگفته آنها کاربرد این محصول در باتری های لپ تاپ ها سبب کاهش دمای باتری خواهد شد.
به گزارش بی بدیل پرداز به نقل از ایسنا، در این پژوهش، کامپوزیت مواد تغییر فازدهنده حاوی نانوذرات اکسید آهن به شکل پایدارشده روی الیاف پلی استری بمنظور مدیریت و ذخیره انرژی حرارتی برمبنای یک روش تک مرحله ای و مقرون به صرفه سنتز شده است که موجب برطرف نمودن معایب مواد تغییر فازدهنده آلی، (موادی که برای ذخیره انرژی حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند) می شود.
مجید منتظر، عضو هیئت علمی و استاد تمام دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر درباره لزوم انجام این طرح اظهار داشت: امروزه عدم وابستگی به سوخت های فسیلی و استفاده از انرژی های تجدیدپذیر مانند انرژی حرارتی، همچون موضوعات حائز اهمیت در جهان است. ذخیره و مدیریت انرژی حرارتی بوسیله مواد تغییر فازدهنده که در ضمن تغییر فاز قادر به ذخیره یا رهایش گرما هستند، امکان پذیر است. این مواد عمدتاً بر پایه ترکیبات آلی و تغییرفاز جامد- مایع بوده که با دو مشکل اساسی هدایت حرارتی کم و رهایش در ضمن فرآیندهای گرمایش/سرمایش مواجهند که سبب ایجاد محدودیت در کاربرد آنها می شود.
وی با اعلان اینکه در این پژوهش، کامپوزیت مواد تغییرفازدهنده حاوی نانوذرات اکسید آهن به شکل پایدارشده روی الیاف پلی استری بمنظور مدیریت و ذخیره انرژی حرارتی و برطرف نمودن معایب ذکرشده برمبنای یک روش تک مرحله ای و مقرون به صرفه سنتز شده است، اظهار نمود: از ترکیب اسیدهای چرب، پلی استر و نانوذرات اکسید آهن به ترتیب بعنوان مواد تغییرفازدهنده، ماده زمینه و نانوپرکننده استفاده شد.
منتظر با اشاره به خاصیت های نوآورانه این طرح اضافه کرد: در پژوهش های گذشته و کارهای مشابه از پروسه الکتروریسی مواد تغییرفازدهنده یا میکرو/نانو کپسول کردن و یا پروسه پلیمریزاسیون استفاده شده که نیازمند تجهیزات و امکانات پیشرفته بوده و هزینه بر هستند. حال آنکه، در این پژوهش، مواد تغییرفازدهنده بوسیله پروسه ساده جذب سطحی بر طبق جاذبه آبگریزی- آبگریزی روی الیاف پلی استر بارگذاری شدند. همین طور در پژوهش های مشابه، نانوذرات یا به صورت جداگانه سنتز شده و به مواد تغییرفازدهنده اضافه می شوند و یا خریداری شده و مورداستفاده قرار می گیرند. ولی در این تحقیق، نانوذرات اکسید آهن به صورت هم زمان سنتز و در کامپوزیت اسیدهای چرب/پلی استر بارگذاری شدند. با درنظرگرفتن این موارد، کامپوزیت های حساس به دمای سنتزشده با این روش نه فقط می توانند مشکل هدایت حرارتی ضعیف و نشت ترکیبات در هنگام چرخه های سرمایش/گرمایش را برطرف کنند بلکه به صورت تک مرحله ای تولید شده و نیازی به سنتز جداگانه نانوذرات و بارگذاری آنها، فرآیندهای الکتروریسی و نانو/میکرو کپسول کردن و یا استفاده از حلال ندارند که همچون مزایای آن بشمار می رود.»
وی با اشاره به محدوده دمای کاربردی مناسب این کامپوزیت های الیافی اظهار داشت: «کامپوزیت های الیافی سنتزشده می توانند در مصارف مختلف ذخیره و مدیریت انرژی حرارتی باتوجه به محدوده دمای کاربردی آنها (°C۵۴.۱-۲۶.۹) به کار برده شوند. بعنوان مثال، در صنعت ساختمان، این کامپوزیت ها را می توان در دیواره ساختمان جاسازی کرده و انرژی حرارتی ساختمان را مدیریت کرد. این مواد به هنگام فراوانی انرژی (مثلاً در طول روز) گرما را از اتاق گرفته و ذخیره می کنند و در هنگام کمبود انرژی (مثلاً در هنگام شب)، انرژی ذخیره شده را به محیط پس می دهند و از این طریق بعنوان عایق دینامیکی عمل کرده و دمای اتاق را بر روی دمای مطلوب نگه می دارند.
مجری طرح همچون کاربردهای دیگر این کامپوزیت ها را در صنایع نساجی، پلیمر، بسته بندی مواد غذایی و سلول های خورشیدی و حتی باتری های لپ تاپ دانست و اشاره کرد: با به کارگیری این کامپوزیت ها می توان انرژی حرارتی را مدیریت کرده و دمای مطلوب را برای کاربرد خاص به دست آورد. بعنوان مثال می توان آنها را بعنوان روکش دور باتری لپ تاپ بهره برد تا به هنگام افزایش دما، گرما جذب آنها شده و در نتیجه دمای باتری کم شود و در یک سطح مطلوب باقی بماند.
به گفته وی، نتایج کلیدی این طرح این است که سنتز و بارگذاری نانوذرات اکسید آهن در کامپوزیت اسیدهای چرپ/پلی استر سبب بهبود هدایت حرارتی نمونه ها به میزان ۴۴٫۵ تا ۸۵٫۸ درصد شده که کارایی آنها را افزایش داده و مشکل هدایت حرارتی ضعیف مواد تغییرفازدهنده آلی را برطرف کرده است. نمونه های سنتزشده دارای مقاومت و پایداری حرارتی مناسب حتی بعد از ۱۰۰ چرخه حرارتی ذوب – انجماد بودند. بعلاوه، آنها هیچ رهایشی از خود در دمای ۷۵ درجه (بالای دمای ذوب اسیدهای چرب) و پس از ۱۲۰ دقیقه در آزمون نشت سنجی نشان ندادند که بیان کننده پایداری آنها در کاربردهای عملی است.
این عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر اشاره کرد: در این پژوهش، نانوذرات اکسید آهن با بهره گیری از روش احیای شیمیایی با به کارگیری تری اتانول آمین و کلیاب (یک محصول گیاهی) سنتز شدند. سنتز ذرات اکسید آهن در مقیاس نانو سبب پخش مناسب ذرات در ماتریس مواد تغییر فازدهنده اسیدهای چرب شده و در نتیجه میزان استفاده از ذرات کاهش یافته و بازده هدایت حرارتی افزایش یافته است.
بر اساس اعلام ستاد نانو، این مقاله قسمتی از نتایج پایان نامه کارشناسی ارشد علی بشیری رضایی تحت عنوان "تأثیر متقابل به کارگیری مواد تغییرفازدهنده و سنتز در محل نانوذرات مس و آهن روی کالای پلی استری" در دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر است که به راهنمایی دکتر مجید منتظر عضو هیئت علمی این دانشکده و نویسنده مسئول این مقاله انجام شده است. این مقاله با عنوان Shape-stable thermo-responsive nano Fe۳O۴/fatty acids/PET composite phase-change material for thermal energy management and saving applications در مجله Applied Energy با ضریب تأثیر ۸٫۴۲۶ در سال ۲۰۲۰ به چاپ رسیده است.
منبع: بی بدیل پرداز