Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa gia tăng nhanh chóng đã dẫn đến áp lực lớn đối với nhu cầu tiêu thụ năng lượng toàn cầu. Trong bối cảnh đó, công nghệ lưu trữ năng lượng nhiệt (Thermal Energy Storage - TES) được xem là một giải pháp then chốt nhằm điều hòa và thu hẹp khoảng cách về mặt thời gian giữa nguồn cung và nhu cầu sử dụng năng lượng. Trong các phương thức TES, lưu trữ nhiệt tiềm ẩn (Latent Heat Storage - LHS) sử dụng vật liệu chuyển pha (Phase Change Material - PCM) nhận được sự quan tâm nghiên cứu lớn nhờ khả năng tích trữ và giải phóng mật độ nhiệt lượng cao trong dải nhiệt độ chuyển pha gần như không đổi.

Tuy nhiên, việc ứng dụng các PCM truyền thống trong thực tế gặp phải rào cản kỹ thuật lớn: hiện tượng rò rỉ chất lỏng khi xảy ra quá trình chuyển pha từ rắn sang lỏng và độ dẫn nhiệt nội tại tương đối thấp. Để khắc phục hiện tượng này, giải pháp phát triển vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng (Shape-Stabilized Phase Change Material - SSPCM) đã được triển khai thông qua việc cố định PCM vào bên trong một khung nền xốp bằng các tương tác vật lý (như lực mao dẫn, sức căng bề mặt và liên kết hydro).

Khóa luận tập trung nghiên cứu hệ vật liệu composite mới kết hợp giữa axit stearic (Stearic Acid - SA), silica dạng khói (Fumed Silica - FS) và các hạt nano oxit sắt từ ($\text{Fe}_3\text{O}_4$). Trong hệ vật liệu này:

  • SA đóng vai trò là pha chuyển nhiệt chính nhờ đặc tính nhiệt ẩn cao, không độc hại, không ăn mòn và chi phí thấp.
  • FS đóng vai trò là chất nền xốp vô cơ với diện tích bề mặt riêng lớn và thể tích lỗ xốp thích hợp để giam giữ phân tử SA, ngăn chặn sự rò rỉ pha lỏng.
  • $\text{Fe}_3\text{O}_4$ đóng vai trò là pha chức năng từ tính, cho phép vật liệu có thêm khả năng chuyển đổi năng lượng từ trường thành nhiệt lượng (từ - nhiệt), làm phong phú thêm cơ chế nạp nhiệt bên cạnh phương thức cấp nhiệt truyền thống (nhiệt - nhiệt).

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể qua 3 nhiệm vụ:

  1. Tổng hợp vật liệu từ tính nano $\text{Fe}_3\text{O}_4$ bằng phương pháp sol-gel.
  2. Tổng hợp vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ có từ tính thông qua phương pháp ngâm tẩm bay hơi dung môi với các tỷ lệ hàm lượng SA khác nhau (50, 60, 70 và 80 wt%).
  3. Khảo sát toàn diện các tính chất của vật liệu $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$, bao gồm: hình thái học vi cấu trúc, diện tích bề mặt và độ xốp, độ kết tinh, hành vi chuyển pha nhiệt, khả năng tương thích hóa học, tính chất từ tính, độ ổn định nhiệt độ, độ bền vòng lặp nhiệt (500 chu kỳ) và khả năng chống rò rỉ.

Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc, hình thái và tính chất nhiệt - lý - hóa của Stearic Acid, Fumed Silica, nano $\text{Fe}_3\text{O}_4$ và hệ vật liệu composite $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ SSPCM.

Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo và khảo sát thực nghiệm các đặc tính lưu trữ nhiệt, ổn định hình dạng và chuyển đổi từ - nhiệt của vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng trên cơ sở $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ trong điều kiện phòng thí nghiệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết về hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt và cơ chế chuyển đổi năng lượng điện từ thành nhiệt lượng của vật liệu nano từ tính. Hệ thống TES được phân loại thành ba nhóm chính: lưu trữ nhiệt hiện (SHS), lưu trữ nhiệt tiềm ẩn (LHS) và lưu trữ nhiệt hóa học (TCES).

Tiêu chí so sánh Lưu trữ nhiệt hiện (SHS) Lưu trữ nhiệt tiềm ẩn (LHS) Lưu trữ nhiệt hóa học (TCES)
Phạm vi nhiệt độ hoạt động Trung bình Cao Thấp
Mật độ lưu trữ năng lượng Thấp Trung bình (gấp 5–14 lần SHS) Cao
Khả năng thương mại hóa Sẵn có trên thị trường Sẵn có đối với một số loại Chưa sẵn có
Độ bền hệ thống 20 năm 5 năm 2 năm
Cơ chế hoạt động Tăng/giảm nhiệt độ chất mang (nước, đá, muối nóng chảy) Hấp thụ/giải phóng nhiệt qua chuyển pha rắn - lỏng Phản ứng hóa học thuận nghịch
Nhược điểm chính Thất thoát nhiệt cao, dung lượng thấp Tốc độ truyền nhiệt và độ dẫn nhiệt thấp Phản ứng phức tạp, điều kiện khắt khe, chi phí cao

Đối với vật liệu từ tính $\text{Fe}_3\text{O}_4$, cơ chế sinh nhiệt dưới tác dụng của từ trường xoay chiều bắt nguồn từ hai hiện tượng:

  1. Tổn thất từ trễ (Hysteresis loss): Xảy ra ở các hạt kích thước lớn đa miền từ tính do sự định hướng lại liên tục của các mômen từ theo chiều từ trường ngoài.
  2. Tổn thất giãn hồi (Relaxational loss): Chi phối ở các hạt nano đơn miền siêu thuận từ (kích thước dưới 350 nm), bao gồm cơ chế giãn hồi Néel (sự quay mômen từ bên trong mạng tinh thể) và cơ chế giãn hồi Brown (chuyển động quay vật lý và ma sát của hạt trong môi trường).

Quy trình thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu được tiến hành như sau:

  • Tổng hợp nano $\text{Fe}_3\text{O}_4$: Sử dụng phương pháp sol-gel. Hòa tan 0,27 g $\text{FeCl}_3$ trong dung môi ethylen glycol, đánh siêu âm 1 giờ; thêm 1,13 g $\text{CH}_3\text{COONa}$ và khuấy gia nhiệt ở 120 °C trong 1 giờ; chuyển hỗn hợp vào bình phản ứng thủy nhiệt (autoclave) sấy ở 200 °C trong 10 giờ; ly tâm rửa bằng nước cất và ethanol, sau đó sấy khô ở 100 °C trong 24 giờ (hiệu suất tổng hợp đạt 93,8%).
  • Tổng hợp composite $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ SSPCM: Sử dụng phương pháp ngâm tẩm bay hơi dung môi. Phối trộn SA, FS và $\text{Fe}_3\text{O}_4$ theo các tỷ lệ khối lượng xác định (50, 60, 70, 80 wt% SA) trong cồn $99,7^\circ$, khuấy từ ở nhiệt độ phòng 1 giờ, nâng nhiệt lên 80 °C để bay hơi dung môi và sấy ở 80 °C trong 12 giờ.
  • Phương pháp kiểm tra rò rỉ: Nén các mẫu thành viên tròn cùng kích thước, đặt trên giấy lọc trong đĩa petri và gia nhiệt tại 80 °C trong 30 phút trong tủ sấy.
  • Phương pháp kiểm tra độ bền vòng lặp nhiệt: Tiến hành 500 chu kỳ gia nhiệt (bể điều nhiệt 75 °C trong 1 phút) và làm lạnh (cốc nước đá trong 1 phút) đối với mẫu 70 wt% SA.
  • Phương pháp khảo sát nạp - giải phóng nhiệt: Nén 25 g mẫu trong ống trụ, dùng cảm biến nhiệt độ IKA ETS-D5 theo dõi động học thay đổi nhiệt độ sau mỗi 30 giây giữa chu trình gia nhiệt (75 °C) và làm lạnh (~10 °C).

Hệ thống thiết bị phân tích sử dụng:

  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM): Thiết bị Hitachi S4800 (điện thế 10 kV, độ phóng đại 25.000 lần) và TM4000Plus.
  • Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS): Đầu dò Quantax EDS-Bruker gắn trên máy SEM TM4000Plus.
  • Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp $\text{N}_2$ (BET/BJH): Thiết bị Micromeritics TriStar II Plus 2.03 đo tại nhiệt độ -196 °C.
  • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Máy Jasco FT-IR-4600 (chế độ truyền qua, mẫu ép viên KBr, dải đo 4000–400 $\text{cm}^{-1}$).
  • Nhiễu xạ tia X (XRD): Máy đo nhiễu xạ PANalytical EMPYREAN (sử dụng bức xạ $\text{CuK}\alpha_1$, điện áp 45 kV, dòng điện 40 mA, quét $2\theta$ từ $5^\circ$ đến $80^\circ$).
  • Phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC): Thiết bị Mettler Toledo-DSC1 (tốc độ gia nhiệt/làm lạnh 5 °C/phút, dòng khí $\text{N}_2$ 20 ml/phút, dải nhiệt độ 0–80 °C).
  • Từ kế mẫu rung (VSM): Thiết bị MicroSense Easy VSM 20130321-02 khảo sát đường cong từ trễ.
  • Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA): Thiết bị Setaram Labsys Evo TG-DSC 1600 (quét từ 30–800 °C với tốc độ 10 °C/phút, khí $\text{N}_2$ 20 ml/phút).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận và tình hình nghiên cứu vật liệu chuyển pha trong và ngoài nước:

  • Nghiên cứu trong nước: Phân tích các công trình tiêu biểu của TS. Nguyễn Tiến Giang và cộng sự về vật liệu n-octadecane/fumed silica ứng dụng cho vỏ bao che công trình (chứa 70 wt% paraffin, nhiệt ẩn 155,8 J/g, độ kết tinh 96,5%, bền sau 200 chu kỳ), hệ 1-octadecanol/fumed silica (chứa 75 wt% $\text{C}_{18}\text{OH}$, nhiệt ẩn 160 J/g, bền qua 500 chu kỳ), và nghiên cứu của TS. Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn (2023) về việc metyl hóa bề mặt silica trung tính (OD/M-MS) để triệt tiêu liên kết hydro cản trở kết tinh, nâng nhiệt ẩn lên 96,6 J/g.
  • Nghiên cứu quốc tế: Điểm qua các công trình về $\text{SA/SiO}_2$ của Shuang Fan (70 wt% SA, nhiệt ẩn 135,3 J/g), khung nano sét 3D-MtNS của Hao Yi (chứa 95,2 wt% SA, nhiệt ẩn 198,78 J/g), bọt carbon graphit $\text{SA/CGF-1200}$ của Rewan Wu (tải 84,66 wt% SA, nhiệt ẩn 181,8 J/g, độ dẫn nhiệt tăng 4,36 lần). Đồng thời tổng hợp các phát triển về SSPCM đa chức năng có tích hợp hạt từ tính $\text{Fe}_3\text{O}_4$ để chuyển đổi quang - nhiệt và từ - nhiệt như $\text{PEG/SiO}_2\text{-Fe}_3\text{O}_4\text{/GNS}$ (Wentao Wang), $\text{KF@PPy-Fe}_3\text{O}_4\text{/PW}$ (Zhang Tao) và $\text{MXene/Fe}_3\text{O}_4\text{/MA}$ (Yang Gao).
  • Lý thuyết vật liệu và cơ chế: Trình bày chi tiết tiêu chuẩn chọn lựa PCM rắn - lỏng hữu cơ (Axit stearic $\text{C}{17}\text{H}{35}\text{COOH}$), vai trò mạng khung xốp Fumed silica (phân loại lỗ xốp theo IUPAC) và các cơ chế sinh nhiệt của hạt nano từ tính $\text{Fe}_3\text{O}_4$ dưới tác dụng của từ trường xoay chiều.

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết danh mục hóa chất, thông số thiết bị và quy trình tổng hợp, thử nghiệm:

  • Thiết lập tỷ lệ thành phần: Bốn hệ mẫu composite $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ được điều chế với tỷ lệ thành phần khối lượng cụ thể:
Mẫu vật liệu Hàm lượng SA (wt%) Hàm lượng FS (wt%) Hàm lượng $\text{Fe}_3\text{O}_4$ (wt%)
50 wt% SA 50,0 37,5 12,5
60 wt% SA 60,0 30,0 10,0
70 wt% SA 70,0 22,5 7,5
80 wt% SA 80,0 15,0 5,0
  • Quy trình tổng hợp chi tiết: Mô tả từng bước tổng hợp sol-gel hạt $\text{Fe}_3\text{O}_4$ và kỹ thuật ngâm tẩm bay hơi dung môi chế tạo composite SSPCM.
  • Tiêu chuẩn kiểm tra: Thiết lập quy trình chuẩn hóa kiểm tra độ rò rỉ nhiệt trên giấy lọc tại 80 °C, kiểm tra độ bền chu kỳ nhiệt 500 vòng lặp, thử nghiệm động học truyền nhiệt nạp - giải phóng với cảm biến điện tử.
  • Thông số phân tích công cụ: Mô tả nguyên lý và điều kiện vận hành chi tiết của 8 phương pháp đo đạc hóa lý: SEM, EDS, BET, FT-IR, XRD, DSC, VSM và TGA.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày và biện luận các kết quả phân tích cấu trúc, từ tính và nhiệt học:

  • Đặc trưng của hạt nano $\text{Fe}_3\text{O}_4$:
    • Ảnh SEM ghi nhận các hạt nano có dạng hình cầu tương đối đồng đều, kích thước phân bố trong khoảng 101–160 nm (trung bình 130 nm), được hình thành từ sự kết tụ của các hạt sơ cấp kích thước khoảng 10 nm.
    • Phổ FT-IR xuất hiện peak dao động đặc trưng của liên kết Fe-O tại số sóng 559 $\text{cm}^{-1}$, cùng các dải hấp thụ của nhóm -OH bề mặt ở 1047, 1425, 1643, 2915 và 3436 $\text{cm}^{-1}$.
    • Giản đồ XRD xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng tại góc $2\theta = 30,1^\circ; 35,5^\circ; 43,1^\circ; 53,4^\circ; 57,0^\circ; 62,6^\circ$, tương ứng với các mặt mạng (220), (311), (400), (422), (511) và (440) của cấu trúc spinel nghịch đảo $[\text{Fe}^{3+}][\text{Fe}^{2+}\text{Fe}^{3+}]\text{O}_4$ (chuẩn JCPDS).
    • Phép đo VSM cho thấy đường cong từ trễ hẹp với độ từ hóa bão hòa đạt mức cao $71,18\text{ emu/g}$, lực kháng từ xấp xỉ bằng 0, chứng minh đặc tính siêu thuận từ của hạt nano tổng hợp.
  • Vi cấu trúc và tính chất xốp của composite:
    • FS nguyên bản có diện tích bề mặt riêng BET đạt $208\text{ m}^2/\text{g}$ và tổng thể tích lỗ xốp $0,554\text{ cm}^3/\text{g}$, đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp $\text{N}_2$ thuộc dạng II theo phân loại IUPAC.
    • Ảnh SEM và phân tích BET khẳng định SA và $\text{Fe}_3\text{O}_4$ được phân tán đồng đều và lấp đầy mạng lưới lỗ xốp mao quản của FS.
  • Khả năng tương thích hóa học và cấu trúc tinh thể: Phổ FT-IR và XRD của hệ composite không xuất hiện đỉnh phổ mới hay sự dịch chuyển liên kết bất thường, khẳng định tương tác giữa SA, FS và $\text{Fe}_3\text{O}_4$ thuần túy là tương tác vật lý (hấp phụ mao dẫn, liên kết hydro yếu), không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của axit stearic.
  • Đặc tính nhiệt và khả năng chống rò rỉ:
    • Thử nghiệm rò rỉ tại 80 °C xác định mẫu 70 wt% SA là tỷ lệ tải tối ưu, duy trì hoàn toàn hình dạng rắn ổn định, không làm ố giấy lọc. Mẫu 80 wt% SA xuất hiện hiện tượng rò rỉ do vượt quá dung lượng chứa của khung xốp FS.
    • Phân tích DSC cho thấy mẫu 70 wt% $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ có khả năng tích trữ nhiệt tiềm ẩn đạt $119\text{ J/g}$.
    • Phân tích TGA và thử nghiệm chu kỳ nhiệt chứng minh vật liệu có độ bền nhiệt cao, duy trì ổn định cấu trúc và hiệu suất nhiệt sau 500 chu kỳ nạp/xả nhiệt liên tục.

Kết quả và đóng góp

Công trình đã chế tạo thành công vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng đa chức năng $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ với các thông số kỹ thuật thực nghiệm:

Thông số đặc trưng Hạt nano $\text{Fe}_3\text{O}_4$ Vật liệu nền FS Mẫu tối ưu (70 wt% $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$)
Kích thước hạt / Diện tích bề mặt 101–160 nm (TB 130 nm) $208\text{ m}^2/\text{g}$ Lỗ xốp được lấp đầy bởi SA và $\text{Fe}_3\text{O}_4$
Thể tích lỗ xốp — $0,554\text{ cm}^3/\text{g}$ Giảm mạnh do sự chiếm chỗ của SA
Độ từ hóa bão hòa ($M_s$) $71,18\text{ emu/g}$ — Duy trì đặc tính phản ứng từ trường
Khả năng chứa PCM không rò rỉ — — Đạt tối đa 70 wt% SA tại 80 °C
Khả năng lưu trữ nhiệt ẩn (DSC) — — $119\text{ J/g}$
Độ bền chu kỳ nhiệt — — Ổn định sau 500 chu kỳ gia nhiệt/làm lạnh

Đóng góp khoa học và kỹ thuật của tác giả:

  • Đề xuất quy trình tổng hợp sol-gel đơn giản, hiệu suất cao ($93,8%$) để chế tạo nano oxit sắt từ $\text{Fe}_3\text{O}_4$ có độ phân tán tốt và từ tính bão hòa cao ($71,18\text{ emu/g}$).
  • Tận dụng hiệu quả cấu trúc xốp mao quản giá thành thấp của Fumed silica để giam giữ lượng lớn SA (lên đến 70 wt%), giải quyết triệt để nhược điểm rò rỉ pha lỏng của axit béo ở nhiệt độ cao hơn điểm nóng chảy.
  • Tích hợp thành công chức năng kép trong một hệ vật liệu composite: vừa lưu trữ nhiệt lượng trực tiếp (nhiệt - nhiệt), vừa có khả năng hấp thụ và chuyển đổi năng lượng từ trường xoay chiều thành nhiệt lượng (từ - nhiệt) nhờ sự hiện diện của pha từ tính $\text{Fe}_3\text{O}_4$.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Các thử nghiệm nạp/xả năng lượng và khảo sát từ tính mới chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm và đo đạc đường cong từ trễ tĩnh (VSM). Khóa luận chưa thực hiện các phép đo định lượng cụ thể về tốc độ tăng nhiệt và hiệu suất chuyển đổi từ - nhiệt của vật liệu khi đặt trực tiếp trong hệ máy phát từ trường xoay chiều (Alternating Magnetic Field) với các dải tần số và cường độ từ trường khác nhau.
  • Hướng phát triển: Nghiên cứu lắp đặt hệ thiết bị thử nghiệm từ trường xoay chiều chuyên dụng để định lượng công suất gia nhiệt riêng (Specific Absorption Rate - SAR); khảo sát ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt nhằm nâng cao độ dẫn nhiệt của composite; mở rộng thử nghiệm ứng dụng vật liệu trong kiểm soát nhiệt độ khối công trình xây dựng hoặc tản nhiệt thiết bị điện tử.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và các nhóm nghiên cứu thuộc các chuyên ngành:

  • Công nghệ Kỹ thuật Hóa học và Hóa vô cơ: Tham khảo quy trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano từ tính bằng phương pháp sol-gel thủy nhiệt và kỹ thuật ngâm tẩm bay hơi chế tạo vật liệu tổ hợp.
  • Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu: Cung cấp phương pháp luận và dữ liệu chuẩn đối sánh trong việc phân tích đặc trưng vi cấu trúc và nhiệt lý thông qua tổ hợp các kỹ thuật hiện đại (SEM, EDS, BET, FT-IR, XRD, DSC, VSM, TGA).
  • Kỹ thuật Nhiệt và Năng lượng tái tạo: Tham khảo giải pháp thiết kế vật liệu lưu trữ nhiệt tiềm ẩn ổn định hình dạng (SSPCM) ứng dụng trong điều hòa nhiệt độ thụ động cho công trình và hệ thống thu gom nhiệt mặt trời.

Câu hỏi thường gặp

1. Hạt nano $\text{Fe}_3\text{O}_4$ trong khóa luận được tổng hợp bằng phương pháp nào và có các đặc tính cấu trúc, từ tính gì nổi bật?
Hạt nano $\text{Fe}_3\text{O}_4$ được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel kết hợp thủy nhiệt ở 200 °C trong 10 giờ từ tiền chất $\text{FeCl}_3$ và $\text{CH}_3\text{COONa}$ trong ethylen glycol (hiệu suất đạt 93,8%). Hạt thu được có dạng hình cầu, kích thước trung bình khoảng 130 nm (dao động 101–160 nm), mang cấu trúc tinh thể spinel nghịch đảo đặc trưng và thể hiện tính chất siêu thuận từ với độ từ hóa bão hòa đạt $71,18\text{ emu/g}$.

2. Hàm lượng Stearic Acid (SA) tối đa có thể nạp vào khung chất nền Fumed Silica mà không xảy ra hiện tượng rò rỉ là bao nhiêu?
Hàm lượng SA tối đa được giữ ổn định trong mạng xốp FS là 70 wt% (tương ứng với tỷ lệ mẫu: 70% SA, 22,5% FS, 7,5% $\text{Fe}_3\text{O}_4$). Ở tỷ lệ này, vật liệu duy trì hoàn toàn hình dạng nguyên vẹn khi thử nghiệm sấy tại 80 °C trong 30 phút. Khi tăng hàm lượng SA lên 80 wt%, chất nền FS bị quá tải dẫn đến hiện tượng rò rỉ chất lỏng ra giấy lọc.

3. Hiệu suất lưu trữ nhiệt và độ tin cậy nhiệt của mẫu composite tối ưu 70 wt% $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ đạt giá trị như thế nào?
Mẫu 70 wt% $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ đạt khả năng lưu trữ năng lượng nhiệt tiềm ẩn là $119\text{ J/g}$ (đo bằng DSC). Đồng thời, vật liệu thể hiện độ tin cậy và ổn định nhiệt cao khi duy trì cấu trúc và đặc tính nhiệt ổn định sau 500 chu kỳ thử nghiệm sốc nhiệt lặp lại liên tục giữa bể 75 °C và cốc nước đá.

4. Khả năng tương thích hóa học giữa SA, FS và $\text{Fe}_3\text{O}_4$ được chứng minh qua những bằng chứng thực nghiệm nào?
Phân tích quang phổ hồng ngoại (FT-IR) và nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy phổ của composite $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ chỉ là sự chồng chập vật lý của các đỉnh phổ thành phần riêng lẻ (peak Fe-O ở 559 $\text{cm}^{-1}$, các dải dao động của SA và silica), không xuất hiện bất kỳ đỉnh nhiễu xạ hay nhóm chức hóa học mới nào. Điều này khẳng định giữa các cấu tử không xảy ra phản ứng hóa học tạo tạp chất, đảm bảo tính tương thích và ổn định pha.

5. Cơ chế nào giúp vật liệu $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ có thể sinh nhiệt từ tác động của từ trường bên ngoài?
Dưới tác dụng của từ trường xoay chiều bên ngoài, các hạt nano siêu thuận từ $\text{Fe}_3\text{O}_4$ phân tán trong composite sinh nhiệt thông qua cơ chế tổn thất giãn hồi (bao gồm giãn hồi Néel do sự quay của mômen từ trong tinh thể và giãn hồi Brown do chuyển động quay ma sát của hạt). Nhiệt lượng sinh ra từ các hạt nano này được truyền sang và hấp phụ trực tiếp vào các phân tử SA lân cận để thực hiện quá trình chuyển pha nóng chảy và tích trữ nhiệt tiềm ẩn.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Đặng Thị Yến Nhi đã tổng hợp thành công hệ vật liệu chuyển pha ổn định hình dạng đa chức năng $\text{SA/FS/Fe}_3\text{O}_4$ thông qua quy trình kết hợp sol-gel và ngâm tẩm bay hơi dung môi. Với tỷ lệ phối trộn tối ưu 70 wt% SA, vật liệu thể hiện khả năng lưu trữ nhiệt tiềm ẩn cao ($119\text{ J/g}$), khả năng chống rò rỉ pha lỏng hoàn toàn tại 80 °C và độ bền nhiệt ổn định sau 500 chu trình nhiệt. Nghiên cứu cung cấp cơ sở thực nghiệm vững chắc cho việc phát triển các dòng vật liệu lưu trữ nhiệt tích hợp khả năng chuyển đổi năng lượng từ - nhiệt chi phí thấp và thân thiện với môi trường.