كارايي حفاظت گرمايي ايروژل‌هاي كربني پرشده با ماده تغيير فاز منيزيم كلريد هگزاهيدرات

Thermal Protection Performance of Carbon Aerogels Filled with Magnesium Chloride Hexahydrate as a Phase Change Material

ايروژل­ هاي كربني نوع خاصي از اسفنج هاس سلول­ باز با چگالي كم، تخلخل پيوسته و اندازه حفره‌هاي نانومتري هستند كه از زمينه­­ ذرات شبه­كلوييدي به هم­پيوسته در ابعاد نانومتري تشكيل شده­‌اند. مواد تغيير فاز نيز موادي با گرماي نهان ذوب زياد هستند كه هنگام تغيير فاز قابليت جذب و آزادسازي مقادير زيادي انرژي گرمايي را دارند. اين مواد هنگام تغيير فاز همانند حايلي در برابر عبور گرما عمل كرده و از انتقال گرما جلوگيري مي‌كنند. اين عامل سبب استفاده از اين مواد در كاربردهاي حفاظت گرمايي شده است. در اين پژوهش براي بهبود خواص گرمايي ايروژل­‌هاي كربني اثر اضافه‌كردن ماده تغيير فاز منيزيم كلريد هگزاهيدرات (دماي ذوب ?/???درجه سلسيوس) مطالعه شده است. از آزمون عملكرد گرمايي و نيز آزمون­ هاي DSC وSEM به ترتيب براي مقايسه رفتار دما- زمان ايروژل­ هاي ساخته شده، تعيين گرماي نهان ذوب ماده تغيير فاز، مشاهده ريزساختار و بررسي اندازه حفره‌ها در نمونه ­هاي ساخته شده، استفاده شده است. بررسي نتايج به‌دست آمده نشان داد، استفاده از مواد تغيير فاز در درصدهاي كم اثر چنداني بر بهبود خواص گرمايي ايروژل كربني ندارند، اين در حالي است كه با افزايش درصد ماده تغييرفاز، خواص گرمايي ايروژل بهبود مي­ يابد. در آزمون عملكرد گرمايي در شرايطي كه فقط يك سطح نمونه در دماي ??? درجه سلسيوس قرار داده مي­ شود، مشاهده شد كه در نمونه­ هاي پرشده با درصد زيادي از مواد تغيير فاز، سرعت افزايش دماي سطح ديگر به شدت كاهش يافته و در محدوده دمايي ° ??? تا °??? كاهش شيب قابل ملاحظه­ اي در افزايش دماي نمونه نسبت به نمونه­ هاي ايروژل كربني بدون ماده تغييرفاز، اتفاق مي­افتد

Carbon aerogels are comprised of a class of low density open-cell foams with large void space, nanometer pore size and composed of sparsely semi-colloidal nanometer sized particles forming an open porous structure. Phase change materials are those with high heat of fusion that could absorb and release a large amount of energy at the time of phase transition. These materials are mostly used as thermal energy storage materials but in addition they could serve as an obstacle for passage of heat during phase changes and this has led to their use in thermal protection systems. In this study, the effect of magnesium chloride hexahydrate, as a phase change material (melting point 115°C), on thermal properties of carbon aerogels is investigated. Thermal performance tests are designed and used for comparing the temperature-time behavior of the samples. DSC is applied to obtain the latent heat of melting of the phase change materials and the SEM tests are used to analyze the microstructure and morphology of carbon aerogels. The results show that the low percentage of phase change materials in carbon aerogels does not have any significant positive effect on carbon aerogels thermal properties. However, these properties are improved by increasing the percentage of phase change materials. With high percentage of phase change materials, a sample surface at 300°C would display an opposite surface with a significant drop in temperature increases, while at 115-200°C, with carbon aerogels, having no phase change materials, there is a severe reduction in the rate of temperature increase of the sample.