14.09.2021, 13:25
Группа исследователей под руководством профессора Гунсу С. Юна из отдела физики и отдела перспективной ядерной инженерии POSTECH и профессора Донг Еон Кима из отдела физики и Макса Планка обнаружила неравновесное сосуществование фаз в сверхкритических жидкостях. Его получилось удержать в течение нескольких часов.
Корейская группа исследователей впервые наблюдала длительное сосуществование неравновесных фаз в сверхкритических жидкостях. Это совсем не похоже на сосуществание воды и пара — расскажем подробнее, что же это такое.
Уже около 200 лет люди знают, что в момент, когда температура и давление жидкости поднимаются выше определенного уровня (критической точки), граница раздела фаз между жидкостью и газом исчезает, и изменения состояния больше не происходит. Однако открытые в 2010-х годах сверхкритические жидкости могут иметь свойства жидкой или газообразной фазы в зависимости от температуры и давления. Однако ранее не рассматривали возможность существования состояния, в котором одновременно присутствуют несколько фаз.
Совместная исследовательская группа продемонстрировала состояние, в котором большое количество капель аргона, образованных в результате адиабатического охлаждения при расширении газа, сосуществует с газоподобной фазой при сохранении жидкоподобных свойств в процессе создания сверхкритической жидкости аргона. Использовалась камера высокого давления, работающая в последовательных циклах сжатия-расширения. Состояние, в котором эти две фазы сосуществуют изолированно, сохраняется удивительно долго.
Благодаря этому, исследователи представили принципиально новую модель массопереноса, усовершенствовав привычную модель испарения. Модель рассматривает процесс на границе сосуществования фаз, в которых перенос происходит за счёт нанокластеров, а не отдельных атомов.
Сверхкритические жидкости используются в промышленности — в системах теплообмена на электростанциях, в фармацевтике, очистке полупроводников и даже в пищевой промышленности. Всё потому, что такие жидкости обладают низкой вязкостью и высокой растворимостью. Неравновесное сосуществование фаз в сверхкритических жидкостях оказывает значительное влияние на теплоемкость, теплопроводность и другие физические и химические свойства.
К слову, сверхкритические жидкости — не творение рук человека. Они существуют и в природе, например, именно таковой является атмосфера Венеры в своём нижнем слое. Более того, на Земле такие состояния также можно найти в извержениях геотермальных источников. Так как эта область изучена очень мало, учёные смогут лучше разобраться в процессах переноса вещества.
Результаты исследования были опубликованы в Nature Communications.
