Μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον καθηγητή Gunsu S. Yun από το Τμήμα Φυσικής του POSTECH και το Τμήμα Προηγμένης Πυρηνικής Μηχανικής και τον καθηγητή Dong Eon Kim του Τμήματος Φυσικής και Max Planck POSTECH/Korea Research Initiative (MPK) παρατήρησαν τη μη ισορροπία συνύπαρξη φάσης σε υπερκρίσιμα υγρά που διαρκούν αρκετές ώρες. Οι ερευνητές εξήγησαν το φαινόμενο μέσω ενός μοντέλου μαζικής μεταφοράς στη διεπαφή συνύπαρξης φάσης, όπου η μεταφορά πραγματοποιείται σε κομμάτια νανο-μεγέθους συστάδων αντί για μεμονωμένα άτομα.
Είναι αποδεκτό ως επιστημονική γνώση εδώ και περίπου 200 χρόνια ότι όταν η θερμοκρασία και η πίεση ενός ρευστού αυξηθούν πάνω από ένα ορισμένο επίπεδο που ονομάζεται κρίσιμο σημείο, το όριο μεταξύ υγρού και αερίου εξαφανίζεται και δεν αλλάζει πλέον κατάσταση. Ωστόσο, στη δεκαετία του 2010, τα ευρήματα της έρευνας ανέφεραν ότι τα υπερκρίσιμα υγρά μπορεί να έχουν ιδιότητες υγρού ή αερίου ανάλογα με τις συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης. Έκτοτε, επιβεβαιώνεται συνεχώς μέσω διαφόρων πειραμάτων και προσομοιώσεων ότι υπάρχουν πολλαπλές καταστάσεις στην περιοχή του υπερκρίσιμου ρευστού. Ωστόσο, η πιθανότητα μιας κατάστασης στην οποία συνυπάρχει μια πληθώρα φάσεων και όχι μία μόνο φάση στο ίδιο σημείο θερμοκρασίας και πίεσης – δηλαδή, μια κατάσταση παρόμοια με εκείνη στην οποία συνυπάρχει ένα γενικό υγρό και αέριο μετά τον διαχωρισμό φάσεων – δεν ήταν συζητήθηκε.
Σε αυτό, η κοινή ερευνητική ομάδα, στη διαδικασία κατασκευής ενός υπερκρίσιμου υγρού αργού χρησιμοποιώντας ένα θάλαμο υψηλής πίεσης που λειτουργεί σε διαδοχικούς κύκλους συμπίεσης-διαστολής, απέδειξε μια κατάσταση όπου συνυπάρχει μεγάλη ποσότητα σταγονιδίων αργού (που σχηματίζεται από αδιαβατική ψύξη διαστολής) με το υπερκρίσιμο υπόβαθρο που μοιάζει με αέριο διατηρώντας παράλληλα τις ιδιότητες που μοιάζουν με το υγρό. Η κατάσταση όπου αυτές οι δύο φάσεις συνυπάρχουν μεμονωμένα επιμένει για μεγάλο χρονικό διάστημα και οι ερευνητές παρουσίασαν ένα νέο μοντέλο μαζικής μεταφοράς που μεσολαβεί από νανοσυστάδες-βελτίωση στο συμβατικό μοντέλο εξάτμισης-για να εξηγήσει το φαινόμενο.
Τα υπερκρίσιμα υγρά χρησιμοποιούνται σε διάφορους κλάδους, όπως συστήματα ανταλλαγής θερμότητας σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, φαρμακευτικές διαδικασίες, καθαρισμό ημιαγωγών και επεξεργασία τροφίμων χάρη στις ευεργετικές τους ιδιότητες, όπως χαμηλό ιξώδες και υψηλή διαλυτότητα. Η συνύπαρξη φάσης μη ισορροπίας σε υπερκρίσιμα ρευστά που ανακαλύφθηκε σε αυτή τη μελέτη έχει σημαντικό αντίκτυπο στις φυσικές και χημικές ιδιότητες όπως η θερμική ικανότητα, η θερμική αγωγιμότητα και το ιξώδες, οι οποίες μπορεί να αποδειχθούν σημαντικές για την επεξεργασία υπερκρίσιμων ρευστών σε βιομηχανικές εφαρμογές.
Επιπλέον, αυτό το επίτευγμα έχει σημαντική ακαδημαϊκή αξία, καθώς έθεσε τα θεμέλια για σχετική έρευνα εντοπίζοντας για πρώτη φορά τη συνύπαρξη μη ισορροπίας φάσης υπερκρίσιμων ρευστών, η οποία είναι μια ανεξερεύνητη περιοχή.
«Η έρευνα για την μη ισορροπία υπερκρίσιμων υγρών δεν είναι μόνο χρήσιμη στις βιομηχανικές διαδικασίες, αλλά επίσης βοηθά στην κατανόηση διαφόρων υπερκρίσιμων υγρών που υπάρχουν στον φυσικό κόσμο , όπως στις ατμόσφαιρες πλανητών όπως η Αφροδίτη και ο Δίας, οι ηφαιστειακές εκρήξεις και τα υγρά στη Γη. κρούστα », παρατήρησε ο καθηγητής Gunsu S. Yun, ο οποίος συμμετείχε ως συν-αντίστοιχος συγγραφέας στη μελέτη. “Τα ευρήματά μας θα συμβάλουν στην κατανόηση των ιδιοτήτων μεταφοράς των υπερκρίσιμων υγρών.” Και πρόσθεσε, “Διεξάγουμε έρευνα για να ερμηνεύσουμε θεωρητικά τη συνύπαρξη μη ισορροπημένης φάσης σε υπερκρίσιμα υγρά πέρα από πειραματικά αποτελέσματα”.
Τα ευρήματα αυτής της μελέτης δημοσιεύθηκαν στις 30 Ιουλίου 2021 στο Nature Communications. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε με την υποστήριξη του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών της Κορέας και της Ερευνητικής Πρωτοβουλίας Max Planck Korea/POSTECH.
Ακολουθήστε μας στα κοινωνικά δίκτυα facebook, twitter, instagram, και στο Google news. Διαβάστε την e-enimerosi.com για να ενημερώνεστε για όλα τα νέα, από την Ελλάδα και τον κόσμο, κάνετε εγγραφή στην σελίδα και πατήστε το καμπανάκι για να ενημερώνεστε πρώτοι έγκαιρα και έγκυρα.