Đồ án tốt nghiệp công nghệ kỹ thuật hóa học đánh giá khả năng chuyển đổi và lưu trữ nhiệt năng của vật liệu paraffin wax

Đồ án tốt nghiệp công nghệ kỹ thuật hóa học đánh giá khả năng chuyển đổi và lưu trữ nhiệt năng của vật liệu paraffin wax hiệu quả.

• Đề tài: Đánh Giá Khả Năng Chuyển Đổi và Lưu Trữ Nhiệt Năng Của Vật Liệu Paraffin Wax/Fumed Silica/Expanded Graphite

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.5. Tổng quan về tình hình nghiên cứu vật liệu chuyển pha
• 1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.5.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.5.3. Liệu pháp nhiệt
• 1.6. Vật liệu được sử dụng trong liệu pháp nhiệt
• 1.6.1. Phân loại PCM
• 1.6.2. Tiêu chí lựa chọn PCM trong ứng dụng liệu pháp nhiệt
• 1.6.3. Vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng
• 1.6.4. Vật liệu xốp
• 1.6.5. Vật liệu hỗ trợ tăng cường khả năng chuyển đổi năng lượng nhiệt
• 1.6.5.1. Expanded graphite và khả năng chuyển đổi điện-nhiệt
• 1.6.5.2. Fe:Ox và khả năng chuyển đổi từ-nhiệt
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
• 2.2. Quy trình thực hiện
• 2.2.1. Quy trình tổng hợp vật liệu EG@Fe3O4
• 2.2.2. Quy trình tổng hợp vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM
• 2.2.3. Quy trình kiểm tra khả năng chống rò rỉ của vật liệu composite
• 2.2.4. Quy trình kiểm tra độ bền nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM
• 2.2.5. Quy trình kiểm tra khả năng chuyển đổi và lưu trữ năng lượng từ-nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM
• 2.2.6. Quy trình kiểm tra khả năng chuyển đổi và lưu trữ năng lượng điện-nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM
• 2.2.7. Quy trình kiểm tra khả năng lưu trữ và giải phóng nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM ứng dụng trong liệu pháp nhiệt
• 2.3. Các phương pháp phân tích đánh giá
• 2.3.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.2. Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 2.3.3. Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.3.4. Phương pháp phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC)
• 2.3.5. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phân tích hình thái và cấu trúc vi mô
• 3.2. Khả năng chống rò rỉ của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM
• 3.3. Phân tích khả năng tương thích hóa học
• 3.4. Đặc tính tinh thể của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM
• 3.5. Đặc tính nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM
• 3.6. Độ bền vòng lặp của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM
• 3.7. Độ ổn định của vật liệu PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM
• 3.8. Khả năng chuyển đổi và lưu trữ năng lượng từ-nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM
• 3.9. Khả năng chuyển đổi và lưu trữ năng lượng điện-nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM
• 3.10. Vật liệu composite PW/FS/EG@Fe3O4 SSPCM ứng dụng trong liệu pháp nhiệt
• KẾT LUẬN
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám Phá Vật Liệu Paraffin Silica Graphite Lưu Trữ Nhiệt

Trong bối cảnh y học hiện đại, liệu pháp nhiệt là một phương pháp điều trị hiệu quả, an toàn và tiết kiệm. Tuy nhiên, các vật liệu truyền thống như nước hay gel silica gặp hạn chế về khả năng giữ nhiệt và kiểm soát nhiệt độ. Để giải quyết vấn đề này, vật liệu chuyển pha (PCM), đặc biệt là sáp paraffin (PW), nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn. Loại vật liệu này có khả năng lưu trữ năng lượng nhiệt (TES) dưới dạng nhiệt ẩn nóng chảy với mật độ cao, giúp duy trì nhiệt độ ổn định trong thời gian dài. Tuy nhiên, việc ứng dụng paraffin wax nguyên chất vào thực tế vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua, đặc biệt là vấn đề về độ dẫn nhiệt thấp và hiện tượng rò rỉ khi vật liệu chuyển sang trạng thái lỏng. Nghiên cứu về vật liệu composite Paraffin Wax/Fumed Silica/Expanded Graphite ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm này, mở ra một hướng đi mới cho các ứng dụng lưu trữ nhiệt hiệu quả và an toàn. Bài viết này sẽ đi sâu vào việc đánh giá khả năng chuyển đổi và lưu trữ nhiệt năng của vật liệu Paraffin Wax/Fumed Silica/Expanded Graphite, phân tích chi tiết từ cấu trúc, đặc tính đến hiệu suất thực tế.

1.1. Giới thiệu tổng quan về vật liệu chuyển pha PCM

Vật liệu chuyển pha (PCM) là các chất có khả năng hấp thụ, lưu trữ và giải phóng một lượng lớn năng lượng nhiệt tại một nhiệt độ gần như không đổi trong quá trình chuyển đổi trạng thái vật lý (ví dụ: từ rắn sang lỏng). Năng lượng này được lưu trữ dưới dạng nhiệt ẩn, khác với nhiệt hiện là năng lượng làm thay đổi nhiệt độ của vật liệu. Nhờ đặc tính này, PCM có mật độ lưu trữ năng lượng cao hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống. Các PCM được phân loại thành ba nhóm chính: hữu cơ (như sáp paraffin), vô cơ (muối hydrat), và eutectic (hỗn hợp của nhiều chất). Trong số đó, paraffin wax được ưa chuộng nhờ giá thành thấp, không độc hại, ổn định hóa học và không có hiện tượng siêu lạnh. Đây là những yếu tố then chốt giúp paraffin trở thành ứng cử viên sáng giá cho các hệ thống TES và ứng dụng trong liệu pháp nhiệt.

1.2. Sáp paraffin Paraffin Wax tiềm năng và hạn chế cố hữu

Sáp paraffin (PW) là một hỗn hợp hydrocarbon bão hòa mạch thẳng, có nhiều ưu điểm vượt trội cho việc lưu trữ nhiệt. Nó sở hữu dải nhiệt độ nóng chảy rộng (30-90°C), nhiệt ẩn nóng chảy cao (180-230 kJ/kg), và khả năng duy trì độ ổn định nhiệt sau nhiều chu kỳ nóng chảy-đông đặc. Tuy nhiên, paraffin wax tồn tại hai nhược điểm lớn. Thứ nhất là độ dẫn nhiệt rất thấp (khoảng 0.1-0.35 W/m.K), làm hạn chế tốc độ sạc và xả nhiệt. Thứ hai là hiện tượng rò rỉ khi chuyển sang pha lỏng, có thể gây kích ứng da và làm giảm hiệu quả của vật liệu. Những hạn chế này đòi hỏi phải có các giải pháp cải tiến, chẳng hạn như kết hợp với các vật liệu khác để tạo ra vật liệu PCM composite ưu việt hơn.

II. Giải Mã Thách Thức Rò Rỉ và Dẫn Nhiệt Kém của Paraffin

Để vật liệu Paraffin Wax/Fumed Silica/Expanded Graphite phát huy tối đa hiệu quả trong lưu trữ nhiệt năng, việc giải quyết triệt để hai vấn đề cốt lõi của paraffin là cực kỳ quan trọng. Thách thức đầu tiên và nghiêm trọng nhất là sự ngăn chặn rò rỉ. Khi paraffin nóng chảy, nó chuyển sang trạng thái lỏng và có thể dễ dàng chảy ra khỏi cấu trúc chứa, gây mất mát vật liệu và giảm hiệu suất. Trong các ứng dụng y tế, sự rò rỉ này còn tiềm ẩn nguy cơ gây bỏng hoặc kích ứng da. Thách thức thứ hai là tăng cường truyền nhiệt. Độ dẫn nhiệt thấp của paraffin làm cho quá trình hấp thụ và giải phóng nhiệt diễn ra chậm chạp, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của liệu pháp. Một vật liệu có khả năng truyền nhiệt nhanh sẽ rút ngắn thời gian gia nhiệt và duy trì nhiệt độ điều trị một cách hiệu quả hơn. Việc tìm ra một vật liệu nền xốp vừa có khả năng giữ chặt paraffin lỏng, vừa cải thiện được khả năng truyền nhiệt là mục tiêu chính của các nghiên cứu về vật liệu composite ổn định hình dạng.

2.1. Nguy cơ rò rỉ Paraffin Wax khi chuyển sang trạng thái lỏng

Hiện tượng rò rỉ là rào cản lớn nhất khi ứng dụng sáp paraffin dạng rắn-lỏng. Khi nhiệt độ vượt qua điểm nóng chảy, các phân tử paraffin không còn liên kết chặt chẽ trong mạng tinh thể và chuyển động tự do. Nếu không có một cấu trúc nâng đỡ hiệu quả, paraffin lỏng sẽ thấm ra ngoài. Điều này không chỉ làm giảm khối lượng PCM hoạt động mà còn có thể làm bẩn và ăn mòn các thiết bị xung quanh. Tài liệu nghiên cứu gốc cho thấy, mẫu paraffin nguyên chất tan chảy hoàn toàn và lan rộng trên giấy lọc ở nhiệt độ 70°C. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã sử dụng các vật liệu nền xốp có lực mao dẫn và sức căng bề mặt lớn để "nhốt" paraffin lỏng vào trong cấu trúc của chúng, từ đó tạo ra các vật liệu composite ổn định hình dạng.

2.2. Hạn chế về độ dẫn nhiệt và hiệu suất truyền nhiệt

Hiệu suất lưu trữ nhiệt của một hệ thống không chỉ phụ thuộc vào dung lượng lưu trữ mà còn vào tốc độ nạp và xả năng lượng. Độ dẫn nhiệt thấp của sáp paraffin là một yếu tố làm giảm đáng kể hiệu suất này. Quá trình truyền nhiệt chậm làm kéo dài thời gian cần thiết để làm nóng chảy hoàn toàn khối vật liệu, cũng như thời gian giải phóng nhiệt khi cần thiết. Trong liệu pháp nhiệt, điều này có nghĩa là thiết bị sẽ mất nhiều thời gian hơn để đạt đến nhiệt độ trị liệu mong muốn. Để cải thiện, các chất độn có độ dẫn nhiệt cao như graphite giãn nở (EG) thường được thêm vào để tạo ra một mạng lưới truyền nhiệt hiệu quả bên trong ma trận paraffin, giúp phân bổ nhiệt lượng nhanh chóng và đồng đều.

III. Phương Pháp Tạo Vật Liệu Composite Paraffin Ổn Định Hình Dạng

Giải pháp cho những thách thức của paraffin nằm ở việc chế tạo một vật liệu PCM composite tiên tiến. Nghiên cứu này tập trung vào phương pháp ngâm tẩm bay hơi dung môi để tổng hợp vật liệu Paraffin Wax/Fumed Silica/Expanded Graphite. Quy trình này bắt đầu bằng việc hòa tan sáp paraffin trong dung môi hữu cơ như hexane. Sau đó, Fumed Silica (FS) và Expanded Graphite (EG) được thêm vào hỗn hợp và khuấy đều để phân tán. Cuối cùng, dung môi được bay hơi hoàn toàn, để lại một cấu trúc composite trong đó paraffin được giữ chặt bên trong mạng lưới xốp của FS và EG. Phương pháp này đơn giản, chi phí thấp và hiệu quả cao trong việc tạo ra vật liệu composite ổn định hình dạng. Theo tài liệu gốc, vật liệu composite được tạo ra có thể chứa tới 70% khối lượng paraffin mà không có bất kỳ dấu hiệu rò rỉ nào, chứng minh hiệu quả của cấu trúc hỗ trợ trong việc ngăn chặn rò rỉ và ổn định vật liệu.

3.1. Vai trò của Fumed Silica trong việc ngăn chặn rò rỉ

Fumed Silica (FS) là một vật liệu xốp siêu nhẹ với diện tích bề mặt riêng lớn và cấu trúc khung 3D gồm các hạt nano. Vai trò chính của nó trong vật liệu composite là tạo ra một mạng lưới mao quản dày đặc. Khi sáp paraffin nóng chảy, nó được hút và giữ lại bên trong các lỗ rỗng của FS nhờ lực mao dẫn và sức căng bề mặt mạnh mẽ. Cấu trúc này hoạt động như một "bọt biển" vi mô, ngăn chặn rò rỉ hiệu quả ngay cả khi paraffin ở trạng thái lỏng hoàn toàn. Kết quả phân tích hình thái học (SEM) từ tài liệu nghiên cứu cho thấy paraffin đã lấp đầy các khoảng trống trong cấu trúc của FS, tạo thành một khối vật liệu đồng nhất và ổn định, giải quyết triệt để vấn đề chảy tràn.

3.2. Cấu trúc vi mô của Expanded Graphite và khả năng gia cố

Graphite giãn nở (EG) có cấu trúc vi mô độc đáo dạng lớp, giống như một chiếc đàn accordion. Cấu trúc này không chỉ cung cấp thêm không gian lỗ rỗng để chứa paraffin mà còn đóng vai trò như một bộ khung gia cố cơ học cho toàn bộ vật liệu. Quan trọng hơn, EG có độ dẫn nhiệt và dẫn điện vượt trội. Sự hiện diện của EG trong vật liệu composite tạo ra các đường dẫn liên tục, giúp nhiệt lượng lan truyền nhanh chóng khắp khối vật liệu. Điều này cải thiện đáng kể tốc độ tăng cường truyền nhiệt, giúp vật liệu phản ứng nhanh hơn với sự thay đổi nhiệt độ từ môi trường bên ngoài, một yếu tố cực kỳ quan trọng để đánh giá khả năng chuyển đổi và lưu trữ nhiệt năng của hệ thống.

IV. Cách Tối Ưu Hóa Khả Năng Chuyển Đổi Năng Lượng Nhiệt

Việc tối ưu hóa khả năng chuyển đổi năng lượng nhiệt của vật liệu Paraffin Wax/Fumed Silica/Expanded Graphite không chỉ dừng lại ở việc cải thiện độ dẫn nhiệt thụ động. Bằng cách tích hợp các hạt nano từ tính Fe3O4 lên bề mặt Expanded Graphite, vật liệu composite thu được có thêm khả năng chuyển đổi năng lượng từ các nguồn khác nhau, như điện-nhiệt và từ-nhiệt. Khả năng đa dạng hóa nguồn năng lượng đầu vào giúp vật liệu trở nên linh hoạt và hiệu quả hơn trong nhiều ứng dụng. Phân tích DSC và phân tích TGA là những công cụ không thể thiếu để đánh giá khả năng chuyển đổi và lưu trữ nhiệt năng của vật liệu. Các phân tích này cung cấp thông tin chi tiết về nhiệt độ chuyển pha, nhiệt ẩn nóng chảy, và độ ổn định nhiệt, qua đó xác định được thành phần tối ưu cho hiệu suất lưu trữ nhiệt cao nhất. Cụ thể, mẫu chứa 70% paraffin cho thấy sự cân bằng tốt nhất giữa dung lượng lưu trữ và độ ổn định cấu trúc.

4.1. Tăng cường truyền nhiệt với Expanded Graphite Fe3O4

Sự kết hợp giữa Expanded Graphite (EG) và các hạt nano Fe3O4 tạo ra một chất độn đa chức năng. EG, với độ dẫn nhiệt cao, hình thành một mạng lưới 3D giúp nhiệt lan truyền nhanh. Trong khi đó, các hạt Fe3O4 có đặc tính siêu thuận từ, cho phép vật liệu được gia nhiệt nhanh chóng dưới tác động của một từ trường xoay chiều (chuyển đổi từ-nhiệt). Ngoài ra, độ dẫn điện của EG cũng cho phép gia nhiệt bằng cách cho dòng điện chạy qua (chuyển đổi điện-nhiệt). Kết quả thực nghiệm trong tài liệu gốc cho thấy mẫu 70% PW/FS/EG@Fe3O4 có thể đạt đến nhiệt độ chuyển pha chỉ trong 264 giây dưới từ trường và 313 giây khi cấp điện áp 10V. Đây là một sự cải thiện vượt bậc so với các phương pháp gia nhiệt truyền thống.

4.2. Phân tích đặc tính nhiệt qua phương pháp DSC và TGA

Phân tích DSC (Differential Scanning Calorimetry) được sử dụng để xác định các thông số nhiệt quan trọng. Kết quả cho thấy mẫu 70% PW có nhiệt ẩn nóng chảy là 125,8 J/g và độ kết tinh đạt 97,1%, cho thấy hiệu suất lưu trữ nhiệt cao. Quan trọng hơn, sau 500 chu kỳ nóng chảy-đông đặc, các đặc tính nhiệt gần như không thay đổi, khẳng định độ bền và độ tin cậy của vật liệu. Trong khi đó, phân tích TGA (Thermogravimetric Analysis) cho thấy vật liệu có độ ổn định nhiệt tốt, với nhiệt độ phân hủy bắt đầu ở khoảng 172°C, cao hơn nhiều so với nhiệt độ làm việc (khoảng 58,6°C). Những kết quả này chứng minh rằng vật liệu PCM composite này hoàn toàn an toàn và bền bỉ cho các ứng dụng thực tế.

V. Đánh Giá Hiệu Suất Lưu Trữ Nhiệt Năng Trong Liệu Pháp Nhiệt

Hiệu suất cuối cùng của vật liệu được đánh giá qua ứng dụng thực tế trong liệu pháp nhiệt. Một miếng dán nhiệt được chế tạo từ vật liệu composite Paraffin Wax/Fumed Silica/Expanded Graphite@Fe3O4 đã được thử nghiệm trên tình nguyện viên. Kết quả vượt ngoài mong đợi: miếng dán có thể duy trì nhiệt độ trong khoảng trị liệu lý tưởng (40-50°C) trong hơn 18 phút. Thời gian này đáp ứng tiêu chuẩn của các liệu pháp nhiệt thông thường (15-20 phút). Khả năng này đến từ sự kết hợp hoàn hảo giữa dung lượng lưu trữ nhiệt năng cao của paraffin và khả năng duy trì nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình chuyển đổi pha. Hơn nữa, tính linh hoạt của vật liệu cho phép chế tạo các miếng dán phù hợp với nhiều bộ phận khác nhau trên cơ thể, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cao cho người dùng. Đây là minh chứng rõ ràng nhất cho tiềm năng ứng dụng rộng rãi của vật liệu PCM composite này.

5.1. Khả năng chuyển đổi điện nhiệt và từ nhiệt thực tế

Điểm nổi bật của vật liệu này là khả năng gia nhiệt nhanh và đa dạng. Khả năng chuyển đổi điện-nhiệt cho phép làm nóng miếng dán chỉ bằng cách kết nối với một nguồn điện áp thấp (ví dụ 10V), rất tiện lợi và an toàn. Trong khi đó, khả năng chuyển đổi từ-nhiệt mở ra tiềm năng cho các thiết bị y tế không tiếp xúc, nơi miếng dán có thể được làm nóng từ xa thông qua một từ trường. Sự linh hoạt trong việc nạp năng lượng này giúp vật liệu composite thích ứng với nhiều điều kiện sử dụng khác nhau, từ sử dụng tại nhà đến các cơ sở y tế chuyên nghiệp, nâng cao đáng kể giá trị thực tiễn của sản phẩm.

5.2. Kết quả thử nghiệm và độ ổn định chu kỳ nhiệt

Thử nghiệm ứng dụng trên miếng dán nhiệt với 30g vật liệu 70% PW/FS/EG@Fe3O4 cho thấy khả năng giải phóng nhiệt ổn định. Nhiệt độ bề mặt tiếp xúc với da được duy trì trong ngưỡng an toàn và hiệu quả (40-50°C) trong 18 phút. Bên cạnh đó, các phân tích DSC sau 500 chu kỳ nhiệt nóng chảy/kết tinh đã chứng minh độ ổn định nhiệt và cấu trúc vượt trội của vật liệu. Các thông số như nhiệt ẩn nóng chảy và nhiệt độ chuyển pha gần như không thay đổi. Điều này cho thấy vật liệu có thể tái sử dụng nhiều lần mà không bị suy giảm hiệu suất, đảm bảo tính kinh tế và bền vững cho sản phẩm cuối cùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN. Tông quan về tình hình nghiên cứu vật liệu chuyển pha. Tình hình nghiên cứu trong nƯỚC. Tình hình nghiên cứu ngoài nưƯỚC.

Ligu phap niet 20. ee cece ceeccesecesecesecaceeseeeaeeeaeeeaeeeseeeaeceseeeeeeeeeeeeeeneeeeeeeeeens 8 IUN Con 0. - -- -- -- -- 2 2 2% 1 1E SE SE SE SE E55555510 10 KHE T155 111kg 5111k key 8 1. Vật liệu được sử dụng trong liệu pháp nhiỆt.

Vật liệu chuyền pA. G002 20111 22211251111 1111011101111 1H11 TH TH ng kg 9 IESN C80 xdđdiẮ. Phân loại PCM. - - - - - L 111211212 62550510101 11 SE 250 1111k kg 5 11k k key 10 1.

Tiêu chí lựa chọn PCM trong ứng dụng liệu pháp nhiệt. Vật liệu chuyển pha ôn định hình dạng.--- 2 2+22S2EE+EE£EE2EE2EE+Ezzxerrered 15 1. Vật liệu XỐp.--- + S St E1 1E21211112112111111121E1111 1111121111212 ng 15 In nh. Vật liệu hỗ trợ tăng cường khả năng chuyên đổi năng lượng nhiệt.

Expanded graphite va kha nang chuyén d6i điện-nhiệt. Fe:Ox và khả năng chuyên đổi từ—nhiệt.- eeeeseeseeeseeeeseeseeeeeees 19 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiÊn CỨU. Dụng cụ và thiết bị nghiÊn CỨU.

Quy trình thực hiện. Quy trình tổng hợp vật liệu EG(@)FesO4. Quy trinh tong hop vat liéu composite PW/FS/EG@Fe304 SSPCM. Quy trình kiểm tra khả năng chống rò rỉ của vat liệu composite À)//853506/(78-0970sJá0) An.

Quy trình kiểm tra độ bền nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe304 2. Quy trình kiểm tra khả năng chuyền đổi và lưu trữ năng lượng từ-nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG(@FesOa SSPCM. Quy trình kiểm tra khả năng chuyền đổi và lưu trữ năng lượng điện-nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG(@)FezO4 SSPCM. Quy trình kiểm tra khả năng lượng trữ và giải phóng nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe304 tng dung trong liệu pháp nhiỆt.

Các phương pháp phân tích đánh giá. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM]). Phương pháp phân tích quang phô hồng ngoại biến đối Fourier (FTIR). Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD).

Phương pháp phân tích nhiệt lượng quét v1 sa1 (DSC). Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA).-----------+<+<s5+ 30 CHƯƠNG 3: KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN. Phân tích hình thái và cấu trúc vi môÔ.-- 2 2 2+s+2s+EE+EE+EE+EE+Ez+EzEerrrrsers 31 3. Khả năng chống rò ri cia vat ligu composite PW/FS/EG@Fe304 SSPCM.

Phân tích khả năng tương thích hóa học. Đặc tính tinh thể của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe304 SSPCM. Dac tính nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG(@)FezOa SSPCM. Độ bền vòng lặp của vật liêu composite PW/FS/EG@)FesOx SSPCM.

Độ ôn định của vật liệu PW/FS/EG@)FesOx SSPCM. Khả năng chuyên đổi và lưu trữ năng lượng từ-nhiệt của vật liệu composite À)//859506/7155-10 7155140)0000. Khả năng chuyên đổi và lưu trữ năng lượng điện-nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG@Fe304 SSPCM 000001. Vật liệu composite PW/FS/EG@Fe304 SSPCM ứng dụng trong liệu pháp nhiệt LH ng HH nen HH HH run 43 KET LUAN conccceccccccesesssscsessvevessssssssssesecesssassssesevavavassssssavevavavaassssesecesacatssstsesevavavevsesesees 46 z/.

47 Vi DANH MUC HINH Hình 1.1: Phân loại PCM [32] .3: Mô tả quá trình tạo thành SSPCM [44].4: Một số loại vật liệu xốp hỗ trợ cho PCM [43]. eee eeeeceseesceeseeseeecesecseeeeeeaeceeeeeeaesaeeeaeeaeceeeeeeaeeneeeeeeaeeaes 17 Hình 1. cc ececcecceeccceeeeceeeeeeeeeeeeeeeeseeeaes 18 Hình 1.7: Quá trình chuyên đổi và lưu trữ nang long dién—nhiét [14].8: Fe3Oq va cấu trúc phân tử.-----¿- ¿©s+2++E£ E2 E2EEEE1EE212111127121E111121 1x cte.9: Cơ chế chuyên đổi từ—nhiệt [5 I ].--- - 2-52 <2SE+E‡EE£EEEE£EEEEEEEEEzEerxerrrkd 21 Hình 2.1: Quy trình tông hợp vật liệu EG()Fe3O4.--- 2 ©2+2s+EE+EE+EE2E2EezEsrxerxee 23 Hình 2.2: Quy trình tông hợp vật liệu composite PW/FS/EG@)FeaOx SSPCM.3: Quy trình kiểm tra khả năng chống rò rỉ của vật liệu composite 4456/1809 05500).4: Quy trinh kiểm tra độ bền nhiệt của mẫu vật liệu composite 70 wt% PW/FS/EG(@)FeaOx SSPCM 500 chu kỳ nhiệt nóng chảy/kết tinh .5: Quy trình kiểm tra khả năng chuyển đổi và lưu trữ năng lượng từ-nhiệt của vật liệu composite PW/FS/EG(@FesOa SSPCM.6: Quy trình kiểm tra khả năng chuyên đổi và lưu trữ năng lượng điện-nhiệt của mẫu 70 wt% PW/FS/EG(@)FezOa SSPCM.7: Quy trình kiểm tra khả năng lưu trữ và giải phóng nhiệt của mẫu 70 wt% PW/FS/EG@Fe304 SSPCM tng dung trong liệu pháp nhiệt .1: Ảnh SEM của (a) FS, (b) EG, (c) EG@FeaOa, (d) 50 wt% PW/FS/EG@)Fe3O¿, (e) 60 wt% PW/FS/EG(@Fe:Oa, (0 70 wt% PW/FS/EG@Fe304, (g) 80 wt% 4356/7159 11.2: Hinh anh cua PW va cac vat liéu composite 50-80 wt% PW/FS/EG@Fe304 SSPCM trong kiém tra kha nang chOng £6 fi. cee cece eeseseceeseceessessessesseseesseeeeseeseees 33 Hình 3.3: Pho FTIR ctia (a) EG va EG@Fe30u, (b) vat ligu composite 50-70 wt% PW/FS/EG@Fe304 SSPCM so với PW, FS và EG(@)FesÖa.- -- 525cc sssssss2 35 Hình 3.4: Phổ XRD cua (a) EG va EG@Fe30,, (b) vật liệu composite 50-70 wt% PW/FS/EG(@@FesOa SSPCM so với PW, FS và EG(@)FesÖa.

52c c2 cssssss2 36 Vil Hình 3.5: Đường cong DSC của PW và vật liệu composite 50-70 wt% PW/FS/EG@)FesOx SSPCM trong quá trình (a) nóng chảy và (b) kết tỉnh.6: Đường cong DSC của vật liệu composite 70 wt% PW/FS/EG@Fe304 SSPCM trước và sau khi trải qua 500 chu kỳ nhiÄiỆt .7: Duong cong TGA cta PW, EG@Fe304 va vat liệu composite 70 wt% PW APSE GF 6304 SIPC, sxc xcs aust mesa termes st Se Sone at ts et te tee 40 Hình 3.8: (a) Đường cong nhiệt độ-thời gian của quá trình chuyển đổi và lưu trữ năng lượng từ-nhiệt của vật liệu composite 50-70 wt% PW/FS/EG(@Fe:O4, (b) Hình ảnh nhiệt hồng ngoại của vật liệu composite 70 wt% PW/FS/EG@Fe:O¿a khi gia nhiệt bằng Hình 3.9: Đường cong nhiệt độ-thời gian của quá trình chuyền đổi và lưu trữ năng lượng điện-nhiệt của vật liệu composite 70 wt% PW/FS/EG@Fe304 SSPCM ở các điện áp không đổi 5—20 V .-----cc S1 E2 E1115112111111111211111112111 1112101111 2111E11111 E11 Er te 43 Hình 3.10: (a) Miếng dán nhiệt, (b) đường cong nhiệt độ-thời gian của miếng dán nhiệt trong quá trình hạ nhiệt tự nhiên, (c, e) hình ảnh tình nguyện viên đeo miếng dán nhiệt ở các vị trị khác nhau trên cơ thể, (d, Ð hình ảnh chụp bằng camera nhiệt hồng ngoại của tình nguyện viên đeo miêng dán nhiệt ở các vị trị khác nhau trên cơ thê. 45 vill DANH MUC BANG Bảng 1.1: So sánh một số tính chất quan trọng của các loại PCM [35].2: Các tiêu chí lựa chọn PCM [28, 30, 32] .-- ---- -- ¿2252 + + +22 ++es+czsecss 12 Bang 2.1: Các loại hóa chất được sử 01122525 - 1.2: Hàm lượng các chất của vật liéu composite PW/FS/EG@Fe304 SSPCM .1: Tính chất nhiệt của các SSPCM so với PW.--©scs2c2E2E2Ecrerrerree 37 Bảng 3.2:Tính chất nhiệt của vật liệu composite 70 wt PW/FS/EG@Fe304 SSPCM truée và sau khi trải qua 500 chu kỳ nh ÄiỆt.-- (c5 222232233233 £25EE22E 255252 errkrrree 39 1X DANH MUC VIET TAT Chir viét tat Tiéng Anh Tiếng Việt PCM Phase change material Vật liệu chuyển pha SEHƠM Shape-stabilized phase change | Vật liệu chuyên pha ổn định hình material dạng PW Paraffin wax Sap paraffin FS Fumed silica Silica bốc khói EG Expanded graphite Graphite truong no OD Octadecane _ PS Polystyrene GA Glutaric acid - PEG Polyethylene glycol - CNT Carbon nanotube Ong nano carbon PVDF Polyvinylidene fluoride - Hie Styrene ethylene/butylene - styrene AKD Kevlar nanofibrous film Mang soi nano Kevlar DE Docosane - AgNWs Silver nanowires Day nano bac SEM Scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử quét TLR Fourier — transform Infrared Quang phổ hồng ngoại biến đôi Spectroscopy Fourier XRD X-ray difraction Nhiéu xa tia X DSC Differential scanning calorimetry | Phan tich nhiét luong quét vi sai TGA Thermogravimetric Analysis Phan tich nhiét trong luong SH Sensible Heat Nhiét hién LH Latent Heat Nhiệt tiềm ấn XI MO DAU Ly do chon dé tai Trong bối cảnh y học hiện đại, việc tìm kiếm các phương pháp điều trị các bệnh lý hiệu quả, tiết kiệm và an toàn cho con người rất quan trọng. Liệu pháp nhiệt đã được chứng minh là một phương pháp điều trị hiệu quả, giúp con người đây nhanh quá trình lưu thông máu, tăng cường trao đổi chất, giảm sưng mô, giảm mệt mỏi, điều trị cứng cơ và các bệnh liên quan đến đau khớp [1-3]. So với các phương pháp điều trị khác như dùng các loại dược phẩm với giá thành cao hay phẫu thuật cần nhiều thiết bị phức tạp, liệu pháp nhiệt là một lựa chọn tiết kiệm, nhẹ nhàng, không gây kích ứng, tác dụng phụ nhẹ và không xâm lần [4, 5].

Các vật liệu truyền thống dùng trong liệu pháp nhiệt như nước, muối biên được sử dụng rộng rãi do dễ tìm kiếm, hình thức chuẩn bị đơn giản và rẻ tiền [6]. Tuy nhiên, các loại vật liệu truyền thống có nhược điểm là thất thoát nhiệt nhanh, nhiệt độ không thể kiểm soát và mật độ lưu trữ năng lượng thấp [S, 7]. Gan đây, vật liệu chuyên pha (PCM) đã thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong ứng dụng liệu pháp nhiệt. PCM là vật liệu có mật độ lưu trữ năng lượng cao, nhiệt độ chuyên pha ồn định, khả năng hấp thụ và giải phóng lượng nhiệt lớn trong quá trình chuyển pha [8, 9].

Trong số các loại PCM, paraffin wax (PW) nổi bật là một loại vật liệu chuyên pha rắn— lỏng rất phố biến, có giá thành thấp, không độc hại, ôn định về mặt hóa học, hiệu suất chuyên pha ổn định [6, 10]. Tuy nhiên, PW lại rất dễ rò rỉ trong quá trình chuyển pha rắn-lỏng, độ dẫn nhiệt thấp, khả năng chuyên đôi và lưu trữ năng lượng nhiệt còn hạn chế [11, 12]. Đối với liệu pháp nhiệt, việc PW rò rỉ sẽ gây ra sự khó chịu khi tiếp xúc với da, thậm chí gây kích ứng da [6]. Để khắc phục, các nhà nghiên cứu đã kết hợp PW VỚI các vật liệu xốp tạo ra vật liệu chuyên pha ôn định hình dang (SSPCM) [13].

Nhiéu vật liệu x6p nhu diatomite [12], foamed aluminum [14], expanded graphite[15], fumed silica [16] da duoc str dung. Dac biét, fumed silica (FS) 1a vat liu xốp pho bién, duoc ưa chuộng do sở hữu tính chất vượt trội như rẻ tiền, độ xốp cao, hạt có kích thước nhỏ, diện tích bề mặt riêng lớn [13, 16]. Ngoài ra, việc cải thiện khả năng dẫn nhiệt và sự đa dạng hình thức chuyên đổi năng lượng nhiệt đối với SSPCM ứng dụng trong liệu pháp nhiệt là rất cần thiết. Các phương pháp gia nhiệt SSPCM truyền thống như dùng nước nóng hoặc không khí nóng mật nhiêu thời gian.

Đê giải quyết van dé nay, các chât có kha nang dan nhiét cao, chuyén đôi điện-nhiệt, chuyên đôi từ-nhiệt đã được thêm vào SSPCM [17]. Các chất thường duoc thém vao SSPCM nhu mxene [18], graphene [6], carbon nanotube (CNTs) [19], expanded graphite [11], FesO4 [20], day nano Ag [17]. Trong d6, expanded graphite (EG) là vật liệu xốp có khả năng ngăn chặn rò rỉ PW, có độ dẫn nhiệt và dẫn nhiệt cao, giá thành rẻ [15, 21]. Hơn nữa, việc sử dụng EG làm nền kết hợp với kim loại hoặc oxit kim loại có thể giúp SSPCM đa dạng hình thức chuyển đôi năng lượng nhiệt.

Đặc biệt là sự kết hợp các hạt siêu thuận từ FesOa vào EG giúp SSPCM có khả năng tăng nhiệt thông qua chuyền đổi từ-nhiệt và điện-nhiệt, tốc độ gia nhiệt nhanh đáng kể so với các phương pháp gia nhiệt truyền thống [17, 20].