Согласно новой теоретической работе исследователей из Нидерландов и Франции, бинарная коллоидная смесь может существовать одновременно в шести фазах. Результат, полученный с помощью простой алгебраической модели, имеет применение для прогнозирования фазовой стабильности обычных коллоидных материалов, таких как краска и майонез.
До недавнего времени ученые считали, что коллоидно-полимерные смеси могут существовать только в трех одновременных фазах — подобно известной «тройной точке», в которой вода представляет собой газ, жидкость и твердое тело. Однако в 2020 году члены той же нидерландско-французской группы во главе с Ремко Тюинье и Джоери Опдам из Эйндховенский технологический университет, показали, что такие смеси действительно могут существовать в пяти разных фазах однажды. Этот результат бросил вызов 150-летнему правилу фаз Гиббса, а исследователи получили его путем моделирования поведения коллоидной смеси с двумя компонентами — стержнями и полимерами — диспергированными в фоновом растворителе.
В своих расчетах они представляли стержни твердыми «сфероцилиндрами», а полимеры — сферами, свободно перекрывающимися друг с другом. Они обнаружили, что в этой системе при определенных условиях возникает «пятикратная точка», в которой возможными фазами являются изотропная газовая фаза с не выровненными стержнями наверху; нематическая жидкокристаллическая фаза со стержнями, направленными примерно в одном направлении; смектическая жидкокристаллическая фаза с стержнями, лежащими в разных слоях; и две твердые фазы с «обычными» кристаллами на дне.
Широкий спектр возможных сосуществующих многофазных
Та же команда разработала общий способ предсказания фазовых диаграмм для сложных смесей, содержащих два типа твердых частиц. Они сделали это, расширив свою предыдущую технику, которая учитывает не только бинарные смеси стержней и полимеров, но и бинарные смеси, например, стержней и пластинок (дисков) или смеси сфер и стержней. Команда также рассмотрела ориентацию и положение каждого компонента в смеси.
Как и прежде, Tuinier, Opdam и коллеги обнаружили широкий диапазон возможных сосуществующих мультифаз, включая две области сосуществования пяти фаз для смесей стержней и сфер и даже область сосуществования шести фаз для смесей стержней и пластин.
Это изобилие фаз возможно из-за формы частиц (особенно их длины и диаметра), говорят они. Кроме известных переменных температуры и давления есть еще три дополнительных параметра: для обеих частиц длина по отношению к ее диаметру; и диаметр одного типа частиц по отношению к диаметру других частиц в растворе. Благодаря этим трем параметрам возможны три дополнительные сосуществующие фазы в соответствии с предсказаниями правила фаз Гиббса.
Применение в производстве
Тюинье отмечает, что способность предсказывать фазовые диаграммы важна в нескольких областях науки и техники, где она помогает узнать, когда системы будут стабильными, происходит ли расслоение и какие типы фазовых состояний ожидаются. По словам исследователей, которые сообщают о своей работе в J. физ. хим. лат., результаты могут помочь улучшить наше понимание фазовых переходов в таких системах и более точно предсказать, когда они произойдут — знания, которые могут пригодиться при производстве сложных коллоидных смесей, таких как майонез или краска.
Материал с «пятикратной точкой» бросает вызов 150-летнему правилу термодинамики
«Мы хотели лучше предсказать фазовую стабильность таких систем», — говорит Тюинье. Мир физики. «Хотя наша новая работа по-прежнему сосредоточена на дисперсии твердых частиц различной формы, мы надеемся расширить эту работу, включив в нее такие материалы, как полимеры, для практического применения».
Он добавляет, что смешивание коллоидов разных размеров и форм и использование фазовых переходов может проложить путь к созданию новых материалов с индивидуальными оптическими или механическими свойствами для таких приложений, как быстро переключающиеся оптические устройства или биомиметические мышцы. Жидкие кристаллы в дисплеях, фотогальванические элементы и материалы для хранения энергии также могут принести пользу, а также новые типы батарей и топливных элементов.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/colloidal-mixture-exists-in-up-to-six-phases-at-once/
- 2020
- a
- в состоянии
- выше
- По
- Учетная запись
- дополнение
- дополнительный
- Добавляет
- продвижение
- и
- Приложения
- области
- фон
- батареи
- , так как:
- до
- не являетесь
- польза
- Лучшая
- Дно
- Клетки
- коллеги
- как
- Общий
- комплекс
- компонент
- компоненты
- расчеты
- Условия
- считается
- может
- Создающий
- Crystal
- развитый
- Устройства
- диаграммы
- DID
- различный
- направление
- рассеянный
- дисплеев
- каждый
- энергетика
- Проект и
- Равновесие
- Даже
- пример
- существует
- ожидаемый
- продлить
- расширение
- Поплавок
- фокусируется
- лес
- форма
- найденный
- Франция
- топливо
- топливные элементы
- ГАЗ
- Общие
- группы
- Жесткий
- помощь
- помогает
- надежды
- Однако
- HTTPS
- изображение
- важную
- in
- включают
- В том числе
- информация
- вопрос
- IT
- Знать
- знания
- известный
- слоев
- привело
- Длина
- жидкость
- производство
- материала
- материалы
- макс-ширина
- механический
- Участники
- Смешивание
- смесь
- модель
- БОЛЕЕ
- Нидерланды
- Новые
- Заметки
- роман
- полученный
- ONE
- Другое
- параметры
- особенно
- фаза
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- Точка
- Полимеры
- позиции
- возможное
- практическое
- Точно
- предсказывать
- прогнозирования
- Predictions
- давление
- предыдущий
- свойства
- ассортимент
- недавно
- область
- районы
- связь
- отчету
- представленный
- исследователи
- результат
- грубо
- Правило
- то же
- Наука
- Ученые
- несколько
- Форма
- формы
- аналогичный
- просто
- ШЕСТЬ
- Размеры
- твердый
- Решение
- конкретный
- Стабильность
- стабильный
- Области
- По-прежнему
- диск
- такие
- система
- системы
- принимает
- команда
- говорит
- Ассоциация
- Нидерланды
- их
- теоретический
- мысль
- три
- миниатюрами
- время
- в
- слишком
- топ
- к
- переходы
- правда
- Типы
- под
- понимание
- Университет
- стремятся
- Вода
- известный
- Что
- будь то
- который
- КТО
- широкий
- Широкий диапазон
- будете
- Работа
- зефирнет