En binær kolloidal blanding kan eksistere i opptil seks faser samtidig, ifølge nytt teoretisk arbeid fra forskere i Nederland og Frankrike. Resultatet, oppnådd ved bruk av en enkel algebraisk modell, har applikasjoner for å forutsi fasestabiliteten til vanlige kolloidale materialer som maling og majones.
Inntil nylig trodde forskere at kolloidale polymerblandinger bare kunne eksistere i tre samtidige faser - lik det velkjente "trippelpunktet" der vann er en gass, en væske og et fast stoff. I 2020, men medlemmer av denne samme Nederland-Frankrike gruppen, ledet av Remco Tuinier og Joeri Opdam fra Eindhoven University of Technology, viste at slike blandinger faktisk kunne eksisterer i fem ulike faser med en gang. Dette Resultatet trosset den 150 år gamle Gibbs-faseregelen, og forskerne oppnådde det ved å simulere oppførselen til en kolloidal blanding med to komponenter - stenger og polymerer - spredt i et bakgrunnsløsningsmiddel.
I sine beregninger representerte de stenger som harde "sfærosylindere" og polymerene som kuler som fritt overlapper hverandre. De fant at i dette systemet, under spesifikke forhold, vises et "kvintupelpunkt" der de mulige fasene er en isotrop gassfase med ujusterte stenger på toppen; en nematisk flytende krystallfase med staver som peker i omtrent samme retning; en smektisk flytende krystallfase med staver liggende i forskjellige lag; og to faste faser med "vanlige" krystaller i bunnen.
Et bredt spekter av mulige sameksisterende multifaser
Det samme teamet har nå utviklet en generell måte å forutsi fasediagrammer for komplekse blandinger som inneholder to typer harde partikler. Dette gjorde de ved å bruke en utvidelse av deres tidligere teknikk som ikke bare tar hensyn til binære blandinger av staver og polymerer, men også binære blandinger av for eksempel staver og blodplater (skiver), eller blandinger av kuler og stenger. Teamet vurderte også orienteringen og plasseringene til hver komponent i blandingen.
Som før fant Tuinier, Opdam og kolleger et bredt spekter av mulige sameksisterende multifaser, inkludert to femdobbelt fase sameksistensregioner for stav/kuleblandinger og til og med en seksdobbel fase sameksistensregion for stav/plateblandinger.
Denne overfloden av faser er mulig på grunn av formen på partiklene (spesielt deres lengde og diameter), sier de. I tillegg til de kjente variablene temperatur og trykk, er det tre tilleggsparametre: for begge partiklene, lengden i forhold til dens diameter; og diameteren til en type partikkel i forhold til diameteren til de andre partiklene i løsningen. Takket være disse tre parameterne kan tre ekstra sameksisterende faser være mulig med hensyn til spådommene til Gibbs' faseregel.
Applikasjoner i produksjon
Tuinier bemerker at det å kunne forutsi fasediagrammer er viktig innen flere områder av vitenskap og ingeniørfag, der det hjelper å vite når systemene vil være stabile, om demiksing skjer og hva slags fasetilstander som forventes å dannes. Ifølge forskerne, som rapporterer arbeidet sitt i J. Phys. Chem. Lett., kan funnene bidra til å fremme vår forståelse av faseoverganger i slike systemer og forutsi mer presist når de vil oppstå – kunnskap som kan komme til nytte ved produksjon av komplekse kolloide blandinger som majones eller maling.
'Quintuple Point'-materiale trosser 150 år gamle termodynamikkregel
"Vi ønsket å bedre forutsi fasestabiliteten til slike systemer," forteller Tuinier Fysikkens verden. "Mens det nye arbeidet vårt fortsatt fokuserer på spredning av harde partikler av forskjellige former, håper vi å utvide dette arbeidet til også å omfatte materialer som polymerer for praktiske bruksområder."
Han legger til at blanding av kolloider med forskjellige størrelser og former og bruk av faseoverganger kan bane vei for å lage nye materialer med skreddersydde optiske eller mekaniske egenskaper for applikasjoner som hurtigsvitsende optiske enheter eller biomimetiske muskler. Flytende krystaller i skjermer, fotovoltaiske og energilagringsmaterialer kan også være til nytte, og det samme kan nye typer batterier og brenselceller.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- kilde: https://physicsworld.com/a/colloidal-mixture-exists-in-up-to-six-phases-at-once/
- 2020
- a
- I stand
- ovenfor
- Ifølge
- Logg inn
- tillegg
- Ytterligere
- Legger
- avansere
- og
- søknader
- områder
- bakgrunn
- batterier
- fordi
- før du
- være
- nytte
- Bedre
- Bunn
- Celler
- kollegaer
- Kom
- Felles
- komplekse
- komponent
- komponenter
- beregninger
- forhold
- ansett
- kunne
- Opprette
- Krystall
- utviklet
- Enheter
- diagrammer
- gJORDE
- forskjellig
- retning
- fordelt
- skjermer
- hver enkelt
- energi
- Ingeniørarbeid
- Equilibrium
- Selv
- eksempel
- finnes
- forventet
- utvide
- forlengelse
- Flyte
- fokuserer
- skog
- skjema
- funnet
- Frankrike
- Brensel
- brenselsceller
- GAS
- general
- Gruppe
- Hard
- hjelpe
- hjelper
- håp
- Men
- HTTPS
- bilde
- viktig
- in
- inkludere
- Inkludert
- informasjon
- utstedelse
- IT
- Vet
- kunnskap
- kjent
- lag
- Led
- Lengde
- Flytende
- produksjon
- materiale
- materialer
- max bredde
- mekanisk
- medlemmer
- Blanding
- blanding
- modell
- mer
- Nederland
- Ny
- Merknader
- roman
- innhentet
- ONE
- Annen
- parametere
- spesielt
- fase
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- Point
- Polymers
- stillinger
- mulig
- Praktisk
- nettopp
- forutsi
- forutsi
- Spådommer
- press
- forrige
- egenskaper
- område
- nylig
- region
- regioner
- forhold
- rapporterer
- representert
- forskere
- resultere
- omtrent
- Regel
- samme
- Vitenskap
- forskere
- flere
- Form
- figurer
- lignende
- Enkelt
- SIX
- størrelser
- solid
- løsning
- spesifikk
- Stabilitet
- stabil
- Stater
- Still
- lagring
- slik
- system
- Systemer
- tar
- lag
- forteller
- De
- Nederland
- deres
- teoretiske
- trodde
- tre
- thumbnail
- tid
- til
- også
- topp
- mot
- overganger
- sant
- typer
- etter
- forståelse
- universitet
- ønsket
- Vann
- velkjent
- Hva
- om
- hvilken
- HVEM
- bred
- Bred rekkevidde
- vil
- Arbeid
- zephyrnet