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納米熔鹽形成機理、表面張力測定及影響因素研究（二）
來源：儲能材料與器件 瀏覽 798 次 發(fā)布時間:2025-09-09
2結(jié)果與討論
為了減少熔融鹽內(nèi)部自然對流對測量結(jié)果的影響,密度及表面張力實驗均在降溫的過程中進行測量。熔融鹽冷卻速率小于2K/min。
2.1實驗臺精度驗證
2.1.1密度實驗臺精度驗證
采用阿基米德法測量納米熔鹽液體密度時,采用已知體積的316L不銹鋼重錘作為密度探頭,在測量納米熔鹽的密度之前,先用已知密度的液體對密度探頭進行標定,可由式(3)對密度探頭的體積進行計算。
本實驗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。對重錘體積進行標定后,通過對KNO3、NaNO3的密度進行測量,驗證實驗臺精度,兩種熔融鹽的密度測量結(jié)果與文獻中的密度進行比較。
密度實驗臺精度驗證如圖2所示。密度實驗臺測得NaNO_3、KNO_3的密度與參考文獻上給出的密度值變化趨于一致，并且最大偏差值低于0.12%,考慮到文獻值存在的誤差,本實驗臺的密度測量精度滿足實驗要求。
密度實驗臺精度驗證如圖2所示。
2.1.2表面張力實驗臺精度驗證
采用拉筒法測量納米熔鹽液體表面張力前,可通過測量已知液體的表面張力，通過式(4)對表面張力實驗臺的儀器系數(shù)進行標定。
本實驗先對NaNO3的表面張力進行測量，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NaNO3在5個溫度工況點下的表面張力進行測量，并且每個溫度工況點采集3次測實驗數(shù)據(jù)，通過最終的計算得到本實驗臺的儀器系數(shù)C=0.00053。對KNO和solar salt的表面張力進行測量后，與文獻值進行對比，如圖3所示。
圖3表明本實驗臺對熔融鹽的表面張力測量結(jié)果與文獻值隨溫度變化的趨勢趨于一致，最大偏差值低于4.0%，考慮到文獻值存在的誤差，本實驗臺的表面張力測量精度滿足實驗要求。
圖3表明本實驗臺對熔融鹽的表面張力測量結(jié)果與文獻值隨溫度變化的趨勢趨于一致。
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,熔點會有一定程度的下降,分解溫度會有一定程度的提高。并且solar salt的熔點為218.2℃,所以當熔鹽加熱到250℃時,已經(jīng)完全熔化;當熔鹽溫度超過600℃時,熔鹽會開始分解。溫度較高和溫度較低都會對實驗測量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響,造成較大的實驗誤差。因此基鹽及納米熔鹽密度實驗數(shù)據(jù)測定范圍為260~500℃。
利用阿基米德法對基鹽及5種加入30 nm SiO2納米顆粒的納米熔鹽的密度進行測量,每隔10℃進行一次測量,對得到的實驗數(shù)據(jù)進行整理和分析，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。
實驗發(fā)現(xiàn)，在溫度測量范圍內(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。1#納米熔鹽的密度在1.7722~1.9405 g/cm3，對數(shù)據(jù)進行擬合后，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和基鹽及一般熔鹽密度的變化趨勢保持一致，均隨溫度的升高呈下降趨勢。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。
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，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solar salt的密度影響可忽略不計。
在不同溫度工況點下，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)混合物密度計算公式對納米熔鹽的密度進行計算后，與實驗測量得到的密度進行對比，如圖6所示。圖6中，1#納米熔鹽密度的測量值與計算值的最大偏差與最小偏差分別為0.104%和0.008%;2#納米熔鹽密度的測量值與計算值的最大偏差為0.327%，最小偏差為0.074%;3#納米熔鹽密度的測量值與計算值的最大偏差為0.350%,最小偏差為0.007%;4#納米熔鹽密度的測量值與計算值的最大偏差為0.291%，最小偏差為0.007%;5#納米熔鹽密度的測量值與計算值的最大偏差為0.302%，最小偏差為0.030%。對比后發(fā)現(xiàn)，采用阿基米德法測量的密度值與采用混合物密度計算公式計算的密度值相差較小，可認為在solar salt中加入SiO2納米顆粒后，熔融鹽的密度不會發(fā)生改變。
根據(jù)混合物密度計算公式對納米熔鹽的密度進行計算后，與實驗測量得到的密度進行對比。
文獻中提出，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SiO2納米顆粒的密度對納米云核的密度影響可以忽略不計，納米云核的密度始終與基鹽的密度保持一致。