オランダとフランスの研究者による新しい理論研究によると、XNUMX 成分コロイド混合物は同時に最大 XNUMX つの相で存在することができます。 単純な代数モデルを使用して得られた結果は、塗料やマヨネーズなどの一般的なコロイド材料の相安定性を予測するために適用されます。
最近まで、科学者たちは、コロイドとポリマーの混合物は、水が気体、液体、固体になるよく知られた「三重点」と同様に、2020 つの同時相でしか存在できないと考えていました。 しかし、XNUMX 年には、この同じオランダとフランスのグループのメンバーが率いる レムコ・チュイニエ とジョエリ・オプダム アイントホーフェン工科大学, は、そのような混合物が実際に、 XNUMXつの異なる段階に存在する すぐに。 この 結果は、150 年前のギブス フェーズ ルールを無視しました、そして研究者は、バックグラウンド溶媒に分散したXNUMXつの成分(ロッドとポリマー)を含むコロイド混合物の挙動をシミュレートすることによってそれを取得しました。
彼らの計算では、ロッドを硬い「球状シリンダー」として表し、ポリマーを互いに自由に重なり合う球として表現しました。 彼らは、このシステムでは、特定の条件下で、可能な相が上部に整列していないロッドを持つ等方性ガス相である「XNUMX 重点」が現れることを発見しました。 ロッドがほぼ同じ方向を向いているネマチック液晶相。 ロッドが異なる層にあるスメクチック液晶相。 下部に「通常の」結晶を含むXNUMXつの固相。
共存可能な多相の広い範囲
同じチームが、XNUMX 種類の硬質粒子を含む複雑な混合物の相図を予測する一般的な方法を開発しました。 彼らは、ロッドとポリマーのバイナリ混合物だけでなく、ロッドとプレートレット (ディスク) のバイナリ混合物、または球体とロッドの混合物も考慮に入れる以前の手法の拡張を使用してこれを行いました。 チームは、混合物中の各成分の方向と位置も考慮しました。
以前と同様に、Tuinier、Opdam および同僚は、棒/球混合物の XNUMX つの XNUMX 重相共存領域、さらには棒/板混合物の XNUMX 重相共存領域を含む、共存する可能性のある多相の広い範囲を発見しました。
この豊富な相が可能なのは、粒子の形状 (特に長さと直径) によるものだと彼らは言います。 温度と圧力の既知の変数に加えて、XNUMX つの追加パラメーターがあります。両方の粒子について、その直径に対する長さ。 そして、溶液中の他の粒子の直径に対するあるタイプの粒子の直径。 これら XNUMX つのパラメーターのおかげで、Gibbs の位相規則の予測に関して、XNUMX つの追加の共存する位相が可能になります。
製造業への応用
Tuinier 氏は、相図を予測できることは科学と工学のいくつかの分野で重要であり、システムがいつ安定するか、デミキシングが発生するかどうか、どのような種類の相状態が形成されると予想されるかを知るのに役立つと述べています。 彼らの研究を報告している研究者によると、 J. 物理。 化学。 レット。、調査結果は、そのようなシステムでの相転移の理解を深め、いつ発生するかをより正確に予測するのに役立つ可能性があります。マヨネーズや塗料などの複雑なコロイド混合物を製造するときに役立つ知識です.
「150 重点」材料が XNUMX 年前の熱力学の法則を覆す
「このようなシステムの位相安定性をより正確に予測したかったのです」と Tuinier 氏は語ります。 物理学の世界. 「私たちの新しい研究は、さまざまな形状の硬質粒子の分散にまだ焦点を当てていますが、この研究を拡張して、実用的なアプリケーション用のポリマーなどの材料も含めることを望んでいます。」
彼は、異なるサイズと形状のコロイドを混合し、相転移を採用することで、高速スイッチング光学デバイスや 生体模倣筋肉. 新しいタイプの電池や燃料電池と同様に、ディスプレイ、太陽光発電、エネルギー貯蔵材料の液晶も恩恵を受ける可能性があります。
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- 情報源: https://physicsworld.com/a/colloidal-mixture-exists-in-up-to-six-phases-at-once/
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