En binär kolloidal blandning kan existera i upp till sex faser samtidigt, enligt nytt teoretiskt arbete av forskare i Nederländerna och Frankrike. Resultatet, erhållet med hjälp av en enkel algebraisk modell, har tillämpningar för att förutsäga fasstabiliteten hos vanliga kolloidala material som färg och majonnäs.
Fram till nyligen trodde forskare att kolloidala polymerblandningar bara kunde existera i tre samtidiga faser - liknande den välkända "trippelpunkten" där vatten är en gas, en vätska och ett fast ämne. 2020, men medlemmar i samma Nederländerna-Frankrike grupp, ledd av Remco Tuinier och Joeri Opdam från Eindhoven tekniska högskola, visade att sådana blandningar faktiskt kunde finns i fem olika faser genast. Detta resultatet trotsade den 150-åriga Gibbs-fasregeln, och forskarna fick det genom att simulera beteendet hos en kolloidal blandning med två komponenter – stavar och polymerer – dispergerade i ett bakgrundslösningsmedel.
I sina beräkningar representerade de stavar som hårda "sfärocylindrar" och polymererna som sfärer som fritt överlappar varandra. De fann att i detta system, under specifika förhållanden, uppträder en "kvintupelpunkt" där de möjliga faserna är en isotrop gasfas med oriktade stavar i toppen; en nematisk flytande kristallfas med stavar som pekar i ungefär samma riktning; en smektisk flytande kristallfas med stavar som ligger i olika lager; och två fasta faser med "vanliga" kristaller i botten.
Ett brett utbud av möjliga samexisterande flerfas
Samma team har nu utvecklat ett allmänt sätt att förutsäga fasdiagram för komplexa blandningar som innehåller två typer av hårda partiklar. Det gjorde de med en förlängning av sin tidigare teknik som inte bara tar hänsyn till binära blandningar av stavar och polymerer, utan även binära blandningar av till exempel stavar och blodplättar (skivor), eller blandningar av sfärer och stavar. Teamet övervägde också orienteringen och positionerna för varje komponent i blandningen.
Som tidigare hittade Tuinier, Opdam och kollegor ett brett utbud av möjliga samexisterande multifaser, inklusive två femdubbla fassamexistensregioner för stav/sfärblandningar och till och med en sextuppelfassamexistensregion för stav/plåtblandningar.
Detta överflöd av faser är möjligt på grund av partiklarnas form (särskilt deras längd och diameter), säger de. Förutom de kända variablerna temperatur och tryck, finns det ytterligare tre parametrar: för båda partiklarna, längden i förhållande till dess diameter; och diametern av en typ av partikel i förhållande till diametern av de andra partiklarna i lösningen. Tack vare dessa tre parametrar kan ytterligare tre samexisterande faser vara möjliga med avseende på förutsägelserna av Gibbs fasregel.
Tillämpningar inom tillverkning
Tuinier konstaterar att det är viktigt att kunna förutsäga fasdiagram inom flera områden inom vetenskap och ingenjörsvetenskap, där det hjälper att veta när systemen kommer att vara stabila, om avblandning sker och vilka typer av fastillstånd som förväntas bildas. Enligt forskarna, som rapporterar sitt arbete i J. Phys. Chem. Lett., kan fynden bidra till att förbättra vår förståelse av fasövergångar i sådana system och förutsäga mer exakt när de kommer att inträffa – kunskap som kan komma till nytta vid tillverkning av komplexa kolloidala blandningar som majonnäs eller färg.
'Quintuple point' material trotsar 150 år gamla termodynamiska regel
"Vi ville bättre förutsäga fasstabiliteten för sådana system", berättar Tuinier Fysikvärlden. "Medan vårt nya arbete fortfarande fokuserar på hårda partikeldispergering av olika former, hoppas vi kunna utöka detta arbete till att även omfatta material som polymerer för praktiska tillämpningar."
Han tillägger att blandning av kolloider med olika storlekar och former och användning av fasövergångar kan bana väg för att skapa nya material med skräddarsydda optiska eller mekaniska egenskaper för applikationer som snabbväxlande optiska enheter eller biomimetiska muskler. Flytande kristaller i bildskärmar, fotovoltaiska och energilagringsmaterial skulle också kunna gynnas, liksom nya typer av batterier och bränsleceller.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/colloidal-mixture-exists-in-up-to-six-phases-at-once/
- 2020
- a
- Able
- ovan
- Enligt
- Konto
- Dessutom
- Annat
- Lägger
- avancera
- och
- tillämpningar
- områden
- bakgrund
- batterier
- därför att
- innan
- Där vi får lov att vara utan att konstant prestera,
- fördel
- Bättre
- Botten
- Celler
- kollegor
- komma
- Gemensam
- komplex
- komponent
- komponenter
- beräkningar
- villkor
- anses
- kunde
- Skapa
- Kristall
- utvecklade
- enheter
- diagrammen
- DID
- olika
- riktning
- dispergerad
- displayer
- varje
- energi
- Teknik
- Jämvikt
- Även
- exempel
- finns
- förväntat
- förlänga
- förlängning
- Flyta
- fokuserar
- skog
- formen
- hittade
- Frankrike
- Bränsle
- bränsleceller
- GAS
- Allmänt
- Grupp
- Hård
- hjälpa
- hjälper
- hoppas
- Men
- HTTPS
- bild
- med Esport
- in
- innefattar
- Inklusive
- informationen
- fråga
- IT
- Vet
- kunskap
- känd
- skikt
- Led
- Längd
- Flytande
- Produktion
- Materialet
- material
- max-bredd
- mekanisk
- Medlemmar
- Blandning
- blandning
- modell
- mer
- Nederländerna
- Nya
- Anmärkningar
- roman
- erhållna
- ONE
- Övriga
- parametrar
- särskilt
- fas
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- Punkt
- polymerer
- positioner
- möjlig
- Praktisk
- exakt
- förutse
- förutsäga
- Förutsägelser
- tryck
- föregående
- egenskaper
- område
- nyligen
- region
- regioner
- förhållande
- rapport
- representerade
- forskare
- resultera
- ungefär
- Regel
- Samma
- Vetenskap
- vetenskapsmän
- flera
- Forma
- former
- liknande
- Enkelt
- SEX
- storlekar
- fast
- lösning
- specifik
- Stabilitet
- stabil
- Stater
- Fortfarande
- förvaring
- sådana
- system
- System
- tar
- grupp
- berättar
- Smakämnen
- Nederländerna
- deras
- teoretiska
- trodde
- tre
- miniatyr
- tid
- till
- alltför
- topp
- mot
- övergångar
- sann
- typer
- under
- förståelse
- universitet
- ville
- Vatten
- ALLBEKANT
- Vad
- om
- som
- VEM
- bred
- Brett utbud
- kommer
- Arbete
- zephyrnet