根据荷兰和法国研究人员的新理论工作,二元胶体混合物可以同时存在多达六个相。 使用简单的代数模型获得的结果可用于预测常见胶体材料(如油漆和蛋黄酱)的相稳定性。
直到最近,科学家们还认为胶体-聚合物混合物只能同时存在于三个相中——类似于众所周知的“三相点”,即水是气体、液体和固体。 然而,在 2020 年,同一个荷兰-法国集团的成员,由 雷姆科图尼耶 和 Joeri Opdam 的 埃因霍温科技大学, 表明这种混合物实际上可以 存在于五个不同的阶段 立刻。 这 结果违反了 150 年历史的吉布斯相规则,研究人员通过模拟胶体混合物的行为获得了它,该混合物具有两种成分——棒和聚合物——分散在背景溶剂中。
在他们的计算中,他们将棒表示为坚硬的“球形圆柱体”,将聚合物表示为彼此自由重叠的球体。 他们发现,在这个系统中,在特定条件下,会出现一个“五元组点”,其中可能的相是各向同性的气相,顶部有未对齐的棒; 向列液晶相,棒指向大致相同的方向; 层间有棒状结构的近晶液晶相; 和底部有“普通”晶体的两个固相。
范围广泛的可能共存的多相
同一个团队现在已经开发出一种通用方法来预测包含两种类型硬颗粒的复杂混合物的相图。 他们使用他们之前技术的扩展来做到这一点,该技术不仅考虑了棒和聚合物的二元混合物,而且还考虑了例如棒和薄片(圆盘)或球体和棒的混合物的二元混合物。 该团队还考虑了混合物中每个成分的方向和位置。
和以前一样,Tuinier、Opdam 及其同事发现了多种可能的多相共存,包括棒状/球状混合物的两个五相共存区域,甚至是棒状/板状混合物的六相共存区域。
他们说,由于颗粒的形状(特别是它们的长度和直径),这种大量的相是可能的。 除了已知的温度和压力变量外,还有三个附加参数:对于两个粒子,长度与其直径的关系; 以及溶液中一种粒子的直径与其他粒子的直径之比。 由于这三个参数,关于吉布斯相位规则的预测,三个额外的共存相位是可能的。
制造业应用
Tuinier 指出,能够预测相图在科学和工程的多个领域都很重要,这有助于了解系统何时稳定、是否发生分层以及预计会形成哪种相态。 据研究人员称,他们在 J. 物理。 化学。 莱特。,这些发现可能有助于提高我们对此类系统中相变的理解,并更准确地预测它们何时会发生——这些知识在制造复杂的胶体混合物(如蛋黄酱或油漆)时可能会派上用场。
“五重点”材料违反了 150 年历史的热力学规则
“我们想更好地预测此类系统的相位稳定性,”Tuinier 说 物理世界. “虽然我们的新工作仍然侧重于不同形状的硬颗粒分散,但我们希望将这项工作扩展到也包括聚合物等用于实际应用的材料。”
他补充说,混合不同大小和形状的胶体并采用相变可能为创造具有定制光学或机械性能的新型材料铺平道路,用于快速切换光学设备或 仿生肌肉. 显示器、光伏和储能材料中的液晶也可以从中受益,新型电池和燃料电池也可以从中受益。
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- Sumber: https://physicsworld.com/a/colloidal-mixture-exists-in-up-to-six-phases-at-once/
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