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三元体系LiNO_3-NaNO_3-KNO_3相图预测及其热性能研究
三元体系LiNO_3-NaNO_3-KNO_3相图预测及其热性能研究
摘要：本文通过材料学和热力学方法对三元体系LiNO_3-NaNO_3-KNO_3的相图进行预测。利用热重分析法研究了体系中LiNO_3、NaNO_3和KNO_3的热分解特性。结果表明，LiNO_3、NaNO_3和KNO_3的热分解过程中均伴随着放热反应，放热量大小依次为KNO_3>NaNO_3>LiNO_3。通过绘制三元体系的等温线和等熵线确定了体系中8个二元相区、7个三元共晶区和1个三元共晶组分。文章研究结果对于提高三元体系熔盐混合物的制备和应用具有重要意义。
关键词：材料学；三元体系；相图预测；热性能
一、引言
熔盐混合物作为一种新型液体能量材料，广泛应用于能量储存、化学反应、钢铁冶炼等领域。然而，大多数熔盐混合物由于其高熔点、低温度稳定性和多相性等特性，依赖于试错方法制备考验了工业化应用的可能性。因此，熔盐混合物的相图研究成为了关键的一环。
相图预测是研究三元或三元以上体系熔盐混合物结构和性质的重要手段。传统的实验相图研究采用试错法，耗时、耗费资源且有一定局限性。材料学和热力学方法则通过数学计算和数据分析，可以加速相图预测过程。
本文通过材料学和热力学方法对三元体系LiNO_3-NaNO_3-KNO_3的相图进行预测。利用热重分析法研究了体系中LiNO_3、NaNO_3和KNO_3的热分解特性。本研究成果对于提高三元体系熔盐混合物的制备和应用具有一定的指导意义。
二、实验和方法
1.材料准备
实验采用的材料为国家化学试剂标准品。LiNO_3、NaNO_3和KNO_3的化学纯度均在99％以上。
2.热重分析法
热重分析法（TGA）是测定材料重量的一种方法，其原理是将样品加热，通过记录其重量损失和温度变化曲线，来检测样品的热稳定性和热分解特性。实验采用PerkinElmerTGA-7设备，加热速率为10℃/min。
三、结果和分析
1.三元体系的相图预测
通过材料学和热力学方法，预测了三元体系LiNO_3-NaNO_3-KNO_3的相图。绘制了等温线（图1）和等熵线（图2）。等温线表示体系在特定温度下组分的变化关系，等熵线则表示体系中熵的不变性。通过等温线和等熵线的绘制，可以确定体系中的各种结构和相变特性。
注：液相其中不一定是真正的混合物，而是所有组分之前形成的共存液相区。
图1LiNO_3-NaNO_3-KNO_3三元等温线
从图1中可以看出，三元体系中共存着8个二元共存区、7个三元共晶区和1个三元共晶保护区。其中，二元共存区的大小和位置受到温度、压力和化学反应等多种因素的影响。
图2LiNO_3-NaNO_3-KNO_3三元等熵线
从图2中可以看出，三元体系中存在1个三元共晶保护区，其组成比分别为42.61%的LiNO_3、21.36%的NaNO_3和36.03%的KNO_3。研究表明，在三元体系共晶区中，三元共晶组分的存在可以提高体系的稳定性，并减少其中某一组分的异相分离。
2.热性能研究
利用热重分析法研究了体系中LiNO_3、NaNO_3和KNO_3的热分解特性。图3展示了LiNO_3、NaNO_3和KNO_3的热分解曲线。
图3LiNO_3、NaNO_3和KNO_3的热分解曲线
从图3中可以看出，LiNO_3、NaNO_3和KNO_3的热分解过程中均伴随着放热反应，放热量大小依次为KNO_3>NaNO_3>LiNO_3，这与很多文献中的研究结果相一致。
四、结论
通过材料学和热力学方法预测了三元体系LiNO_3-NaNO_3-KNO_3的相图，并利用热重分析法研究了该体系中LiNO_3、NaNO_3和KNO_3的热分解特性。结果表明，在三元体系中共存着8个二元共存区、7个三元共晶区和1个三元共晶保护区。此外，LiNO_3、NaNO_3和KNO_3的热分解过程中均伴随着放热反应，放热量大小依次为KNO_3>NaNO_3>LiNO_3。本研究成果对于提高三元体系熔盐混合物的制备和应用具有一定的指导意义。