Volgens nieuw theoretisch werk van onderzoekers in Nederland en Frankrijk kan een binair colloïdaal mengsel in wel zes fasen tegelijk bestaan. Het resultaat, verkregen met behulp van een eenvoudig algebraïsch model, heeft toepassingen voor het voorspellen van de fasestabiliteit van gewone colloïdale materialen zoals verf en mayonaise.
Tot voor kort dachten wetenschappers dat colloïdaal-polymeermengsels slechts in drie gelijktijdige fasen konden bestaan – vergelijkbaar met het bekende ‘drievoudige punt’ waarbij water een gas, een vloeistof en een vaste stof is. In 2020 echter leden van deze zelfde groep Nederland-Frankrijk onder leiding van Remco Tuinier en Joeri Opdam van de Technische Universiteit Eindhoven, toonde aan dat dergelijke mengsels feitelijk bestaan in vijf verschillende fasen onmiddelijk. Dit het resultaat tartte de 150 jaar oude Gibbs-faseregel, en de onderzoekers verkregen het door het gedrag van een colloïdaal mengsel te simuleren met twee componenten – staven en polymeren – verspreid in een achtergrondoplosmiddel.
In hun berekeningen stelden ze staven voor als harde ‘sferocilinders’ en de polymeren als bollen die elkaar vrijelijk overlappen. Ze ontdekten dat in dit systeem, onder specifieke omstandigheden, een ‘vijfvoudig punt’ verschijnt waarin de mogelijke fasen een isotrope gasfase zijn met niet-uitgelijnde staven aan de bovenkant; een nematische vloeibaar-kristalfase met staafjes die in ongeveer dezelfde richting wijzen; een smectische vloeibaar-kristalfase met staafjes die in verschillende lagen liggen; en twee vaste fasen met “gewone” kristallen onderaan.
Een breed scala aan mogelijke naast elkaar bestaande multifasen
Hetzelfde team heeft nu een algemene manier ontwikkeld om fasediagrammen te voorspellen voor complexe mengsels die twee soorten harde deeltjes bevatten. Ze deden dit met behulp van een uitbreiding van hun eerdere techniek, waarbij niet alleen rekening wordt gehouden met binaire mengsels van staafjes en polymeren, maar ook met binaire mengsels van bijvoorbeeld staafjes en plaatjes (schijven), of mengsels van bolletjes en staafjes. Het team hield ook rekening met de oriëntatie en posities van elke component in het mengsel.
Net als voorheen vonden Tuinier, Opdam en collega's een breed scala aan mogelijke naast elkaar bestaande multifasen, waaronder twee vijfvoudige fase-coëxistentiegebieden voor staaf/bolmengsels en zelfs een zesvoudige fase-coëxistentiegebied voor staaf/plaatmengsels.
Deze overvloed aan fasen is mogelijk vanwege de vorm van de deeltjes (vooral hun lengte en diameter), zeggen ze. Naast de bekende variabelen temperatuur en druk zijn er drie extra parameters: voor beide deeltjes de lengte in verhouding tot de diameter; en de diameter van één type deeltje in verhouding tot de diameter van de andere deeltjes in de oplossing. Dankzij deze drie parameters kunnen drie extra naast elkaar bestaande fasen mogelijk zijn met betrekking tot de voorspellingen van de faseregel van Gibbs.
Toepassingen in de productie
Tuinier merkt op dat het kunnen voorspellen van fasediagrammen belangrijk is op verschillende gebieden van wetenschap en techniek, waar het helpt om te weten wanneer systemen stabiel zullen zijn, of ontmenging plaatsvindt en welke soorten fasetoestanden zich naar verwachting zullen vormen. Volgens de onderzoekers, die hun werk rapporteren in J. Fys. Chem. Let.kunnen de bevindingen ons begrip van faseovergangen in dergelijke systemen helpen vergroten en nauwkeuriger voorspellen wanneer deze zullen plaatsvinden – kennis die van pas kan komen bij de productie van complexe colloïdale mengsels zoals mayonaise of verf.
'Quintuple point'-materiaal tart de 150 jaar oude thermodynamicaregel
“We wilden de fasestabiliteit van dergelijke systemen beter voorspellen”, vertelt Tuinier Natuurkunde wereld. “Hoewel ons nieuwe werk zich nog steeds richt op de verspreiding van harde deeltjes in verschillende vormen, hopen we dit werk uit te breiden naar materialen zoals polymeren voor praktische toepassingen.”
Hij voegt eraan toe dat het mengen van colloïden met verschillende afmetingen en vormen en het gebruik van faseovergangen de weg kan vrijmaken voor het creëren van nieuwe materialen met op maat gemaakte optische of mechanische eigenschappen voor toepassingen zoals snel schakelende optische apparaten of biomimetische spieren. Vloeibare kristallen in beeldschermen, fotovoltaïsche materialen en energieopslagmaterialen zouden hier ook van kunnen profiteren, evenals nieuwe soorten batterijen en brandstofcellen.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- Bron: https://physicsworld.com/a/colloidal-mixture-exists-in-up-to-six-phases-at-once/
- 2020
- a
- in staat
- boven
- Volgens
- Account
- toevoeging
- Extra
- Voegt
- bevorderen
- en
- toepassingen
- gebieden
- achtergrond
- batterijen
- omdat
- vaardigheden
- wezen
- voordeel
- Betere
- Onder
- Cellen
- collega's
- hoe
- Gemeen
- complex
- bestanddeel
- componenten
- berekeningen
- voorwaarden
- beschouwd
- kon
- Wij creëren
- Kristal
- ontwikkelde
- systemen
- diagrammen
- DEED
- anders
- richting
- verspreid
- displays
- elk
- energie-niveau
- Engineering
- Evenwicht
- Zelfs
- voorbeeld
- bestaat
- verwacht
- verlengen
- uitbreiding
- Vlotter
- richt
- Bos
- formulier
- gevonden
- Frankrijk
- Brandstof
- brandstofcellen
- GAS
- Algemeen
- Groep
- Hard
- hulp
- helpt
- hoop
- Echter
- HTTPS
- beeld
- belangrijk
- in
- omvatten
- Inclusief
- informatie
- kwestie
- IT
- blijven
- kennis
- bekend
- Legkippen
- LED
- Lengte
- Vloeistof
- productie
- materiaal
- materieel
- max-width
- mechanisch
- Leden
- Menging
- mengsel
- model
- meer
- Nederland
- New
- Opmerkingen
- roman
- verkregen
- EEN
- Overige
- parameters
- vooral
- fase
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- punt
- polymeren
- posities
- mogelijk
- PRAKTISCH
- Precies
- voorspellen
- het voorspellen van
- Voorspellingen
- druk
- vorig
- vastgoed
- reeks
- onlangs
- regio
- regio
- relatie
- verslag
- vertegenwoordigd
- onderzoekers
- resultaat
- ruw
- Regel
- dezelfde
- Wetenschap
- wetenschappers
- verscheidene
- Vorm
- vormen
- gelijk
- Eenvoudig
- ZES
- maten
- solide
- oplossing
- specifiek
- Stabiliteit
- stabiel
- Staten
- Still
- mediaopslag
- dergelijk
- system
- Systems
- neemt
- team
- vertelt
- De
- de Nederland
- hun
- theoretisch
- gedachte
- drie
- thumbnail
- niet de tijd of
- naar
- ook
- top
- in de richting van
- overgangen
- waar
- types
- voor
- begrip
- universiteit-
- gezocht
- Water
- bekend
- Wat
- of
- welke
- WIE
- breed
- Grote range
- wil
- Mijn werk
- zephyrnet