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納米熔鹽形成機(jī)理、表面張力測(cè)定及影響因素研究（二）
來源：儲(chǔ)能材料與器件 瀏覽 530 次 發(fā)布時(shí)間:2025-09-09
2結(jié)果與討論
為了減少熔融鹽內(nèi)部自然對(duì)流對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,密度及表面張力實(shí)驗(yàn)均在降溫的過程中進(jìn)行測(cè)量。熔融鹽冷卻速率小于2K/min。
2.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)精度驗(yàn)證
2.1.1密度實(shí)驗(yàn)臺(tái)精度驗(yàn)證
采用阿基米德法測(cè)量納米熔鹽液體密度時(shí),采用已知體積的316L不銹鋼重錘作為密度探頭,在測(cè)量納米熔鹽的密度之前,先用已知密度的液體對(duì)密度探頭進(jìn)行標(biāo)定,可由式(3)對(duì)密度探頭的體積進(jìn)行計(jì)算。
本實(shí)驗(yàn)采用去離子水作為已知液體,由式(3)得到重錘的體積為2.4388~cm^3。對(duì)重錘體積進(jìn)行標(biāo)定后,通過對(duì)KNO3、NaNO3的密度進(jìn)行測(cè)量,驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)臺(tái)精度,兩種熔融鹽的密度測(cè)量結(jié)果與文獻(xiàn)中的密度進(jìn)行比較。
密度實(shí)驗(yàn)臺(tái)精度驗(yàn)證如圖2所示。密度實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)得NaNO_3、KNO_3的密度與參考文獻(xiàn)上給出的密度值變化趨于一致，并且最大偏差值低于0.12%,考慮到文獻(xiàn)值存在的誤差,本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的密度測(cè)量精度滿足實(shí)驗(yàn)要求。
密度實(shí)驗(yàn)臺(tái)精度驗(yàn)證如圖2所示。
2.1.2表面張力實(shí)驗(yàn)臺(tái)精度驗(yàn)證
采用拉筒法測(cè)量納米熔鹽液體表面張力前,可通過測(cè)量已知液體的表面張力，通過式(4)對(duì)表面張力實(shí)驗(yàn)臺(tái)的儀器系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。
本實(shí)驗(yàn)先對(duì)NaNO3的表面張力進(jìn)行測(cè)量，得到儀器系數(shù)C。由式(4)可知，儀器系數(shù)C與溫度無關(guān)，對(duì)NaNO3在5個(gè)溫度工況點(diǎn)下的表面張力進(jìn)行測(cè)量，并且每個(gè)溫度工況點(diǎn)采集3次測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過最終的計(jì)算得到本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的儀器系數(shù)C=0.00053。對(duì)KNO和solar salt的表面張力進(jìn)行測(cè)量后，與文獻(xiàn)值進(jìn)行對(duì)比，如圖3所示。
圖3表明本實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)熔融鹽的表面張力測(cè)量結(jié)果與文獻(xiàn)值隨溫度變化的趨勢(shì)趨于一致，最大偏差值低于4.0%，考慮到文獻(xiàn)值存在的誤差，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的表面張力測(cè)量精度滿足實(shí)驗(yàn)要求。
圖3表明本實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)熔融鹽的表面張力測(cè)量結(jié)果與文獻(xiàn)值隨溫度變化的趨勢(shì)趨于一致。
2.2納米熔鹽密度分析
研究表明,在solar salt中加入SiO_2納米顆粒后,熔點(diǎn)會(huì)有一定程度的下降,分解溫度會(huì)有一定程度的提高。并且solar salt的熔點(diǎn)為218.2℃,所以當(dāng)熔鹽加熱到250℃時(shí),已經(jīng)完全熔化;當(dāng)熔鹽溫度超過600℃時(shí),熔鹽會(huì)開始分解。溫度較高和溫度較低都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響,造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差。因此基鹽及納米熔鹽密度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定范圍為260~500℃。
利用阿基米德法對(duì)基鹽及5種加入30 nm SiO2納米顆粒的納米熔鹽的密度進(jìn)行測(cè)量,每隔10℃進(jìn)行一次測(cè)量,對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，擬合公式以及擬合系數(shù)見表2。樣品的密度隨溫度變化如圖4所示。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在溫度測(cè)量范圍內(nèi)，基鹽的密度在1.7720~1.9389 g/cm3，密度隨溫度的升高呈直線下降趨勢(shì)。1#納米熔鹽的密度在1.7722~1.9405 g/cm3，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后，擬合系數(shù)在0.9994以上，擬合程度較好。2#納米熔鹽的密度在1.7720~1.9356 g/cm3，密度隨溫度變化的趨勢(shì)和基鹽及一般熔鹽密度的變化趨勢(shì)保持一致，均隨溫度的升高呈下降趨勢(shì)。3#和4#納米熔鹽的密度在1.7721~1.9404 g/cm3和1.7749~1.9352 g/cm3之間，擬合系數(shù)都在0.9995以上，其中4#納米熔鹽的擬合系數(shù)最大，擬合程度最好。5#納米熔鹽的密度在1.7758~1.9384 g/cm3之間，隨溫度升高呈下降趨勢(shì)。
樣品的密度隨溫度變化如圖4所示。
如圖4所示，基鹽及納米熔鹽的密度均隨溫度的升高呈直線下降趨勢(shì)，且5種納米熔鹽的密度與基鹽的密度基本保持一致。如圖5所示，在不同溫度工況點(diǎn)下，5種納米熔鹽的密度和基鹽的密度均處在同一水平線上，即同一溫度工況點(diǎn)下，納米熔鹽和基鹽的密度保持一致。由于SiO2納米顆粒的密度為2.20g/cm3，與solar salt的密度相差不大，且在solar salt中加入的SiO2納米顆粒較少，因此SiO2納米顆粒對(duì)solar salt的密度影響可忽略不計(jì)。
在不同溫度工況點(diǎn)下，5種納米熔鹽的密度和基鹽的密度均處在同一水平線上。
根據(jù)混合物密度計(jì)算公式對(duì)納米熔鹽的密度進(jìn)行計(jì)算后，與實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的密度進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示。圖6中，1#納米熔鹽密度的測(cè)量值與計(jì)算值的最大偏差與最小偏差分別為0.104%和0.008%;2#納米熔鹽密度的測(cè)量值與計(jì)算值的最大偏差為0.327%，最小偏差為0.074%;3#納米熔鹽密度的測(cè)量值與計(jì)算值的最大偏差為0.350%,最小偏差為0.007%;4#納米熔鹽密度的測(cè)量值與計(jì)算值的最大偏差為0.291%，最小偏差為0.007%;5#納米熔鹽密度的測(cè)量值與計(jì)算值的最大偏差為0.302%，最小偏差為0.030%。對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，采用阿基米德法測(cè)量的密度值與采用混合物密度計(jì)算公式計(jì)算的密度值相差較小，可認(rèn)為在solar salt中加入SiO2納米顆粒后，熔融鹽的密度不會(huì)發(fā)生改變。
根據(jù)混合物密度計(jì)算公式對(duì)納米熔鹽的密度進(jìn)行計(jì)算后，與實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的密度進(jìn)行對(duì)比。
文獻(xiàn)中提出，在熔融鹽中加入SiO2納米顆粒后，由于分子間作用力和納米熔鹽配制過程中的攪拌作用，熔融鹽和納米顆粒在熔鹽體系中會(huì)形成一種納米云核。納米云核中納米顆粒被大量的熔融鹽包裹，此時(shí)SiO2納米顆粒的密度對(duì)納米云核的密度影響可以忽略不計(jì)，納米云核的密度始終與基鹽的密度保持一致。