Een langdurig niet-evenwichtsfase-coëxistentie in superkritische vloeistoffen is waargenomen door een Koreaans onderzoeksteam.

Een team van onderzoekers onder leiding van professor Gunsu S. Yun van POSTECH's Department of Physics en de Division of Advanced Nuclear Engineering en professor Dong Eon Kim van het Department of Physics en Max Planck POSTECH/Korea Research Initiative (MPK) heeft het niet-evenwicht waargenomen fase coëxistentie in superkritische vloeistoffen van enkele uren. De onderzoekers verklaarden het fenomeen door middel van een massatransportmodel op de fase-coëxistentie-interface, waar het transport plaatsvindt in clusters van nanogrootte in plaats van enkele atomen.

Het wordt al ongeveer 200 jaar als wetenschappelijke kennis geaccepteerd dat wanneer de temperatuur en druk van een vloeistof boven een bepaald niveau komen dat het kritieke punt wordt genoemd, de grens tussen vloeistof en gas verdwijnt en er vindt geen toestandsverandering meer plaats. Echter, in de jaren 2010, onderzoeksresultaten meldden dat superkritische vloeistoffen vloeistof- of gaseigenschappen kunnen hebben, afhankelijk van temperatuur- en drukomstandigheden. Vanaf dat moment, het is voortdurend bevestigd door verschillende experimenten en simulaties dat er meerdere toestanden bestaan ​​in het superkritische vloeistofgebied. Echter, de mogelijkheid van een toestand waarin meerdere fasen naast elkaar bestaan ​​in plaats van een enkele fase bij hetzelfde temperatuur- en drukpunt, dat wil zeggen, een toestand die vergelijkbaar is met die waarin een algemene vloeistof en gas naast elkaar bestaan ​​na fasescheiding - is niet besproken.

hieraan, het gezamenlijke onderzoeksteam, tijdens het maken van een superkritische argonvloeistof met behulp van een hogedrukkamer die werkt in opeenvolgende compressie-expansiecycli, toonden een toestand aan waarin een grote hoeveelheid argondruppeltjes (gevormd door adiabatische expansiekoeling) naast de gasachtige superkritische achtergrond bestaan, terwijl hun vloeistofachtige eigenschappen behouden blijven. De toestand waarin deze twee fasen afzonderlijk naast elkaar bestaan, houdt verrassend lang aan en de onderzoekers presenteerden een nieuw massatransportmodel gemedieerd door nanoclusters - een verbetering ten opzichte van het conventionele verdampingsmodel - om het fenomeen te verklaren.

Superkritische vloeistoffen worden gebruikt in verschillende industrieën, zoals warmtewisselingssystemen in energiecentrales, farmaceutische processen, halfgeleider het schoonmaken, en voedselverwerking dankzij hun gunstige eigenschappen zoals lage viscositeit en hoge oplosbaarheid. De coëxistentie van de niet-evenwichtsfase in superkritische vloeistoffen die in deze studie is ontdekt, heeft een significante invloed op de fysische en chemische eigenschappen zoals warmtecapaciteit, warmtegeleiding, en viscositeit, wat belangrijk kan zijn voor de verwerking van superkritische vloeistoffen in industriële toepassingen.

In aanvulling, deze prestatie is van grote academische waarde omdat het de basis legde voor gerelateerd onderzoek door voor de eerste keer de niet-evenwichtsfase naast elkaar te identificeren van superkritische vloeistoffen, wat een onontgonnen gebied is.

"Onderzoek naar niet-evenwicht van superkritische vloeistoffen is niet alleen nuttig in industriële processen, maar ook nuttig bij het begrijpen van verschillende superkritische vloeistoffen die in de natuurlijke wereld bestaan, zoals in de atmosferen van planeten zoals Venus en Jupiter, vulkanische uitbarstingen, en vloeistoffen in de aardkorst, " merkte professor Gunsu S. Yun op, die als co-corresponderende auteur deelnam aan de studie. "Onze bevindingen zullen bijdragen aan het begrijpen van de transporteigenschappen van superkritische vloeistoffen." Hij voegde eraan toe:"We doen onderzoek om de coëxistentie van niet-evenwichtsfasen in superkritische vloeistoffen theoretisch te interpreteren buiten de experimentele resultaten."

De bevindingen van dit onderzoek zijn op 30 juli gepubliceerd, 2021 in Natuur Communicatie. Het onderzoek werd uitgevoerd met steun van de National Research Foundation of Korea en het Max Planck Korea/POSTECH Research Initiative.