Сублимация и десублимация: СУБЛИМАЦИЯ И ДЕСУБЛИМАЦИЯ • Большая российская энциклопедия

Что такое сублимация в физике? Примеры

Наверняка, каждый человек не раз сталкивался с понятием сублимации в физике. В школах этой теме всегда посвящают несколько уроков, а в высших учебных заведениях, направленных на более глубокое изучение точных наук, ей уделяют особое внимание. Итак, в статье вы узнаете, что такое сублимация и десублимация в физике.

Общее понятие

Сублимация в физике — это процесс перехода вещества из твердого состояние в газообразное, минуя при этом жидкое. По-другому она называется взгонкой вещества. Этому процессу сопутствует поглощение энергии (в физике эта энергия имеет название «теплота сублимации»). Процесс является очень важным и имеет широкое применение в экспериментальной физике.

Десублимация — это, напротив, процесс перехода вещества из газообразного в твердое состояние. Еще одно название данного процесса — «депозиция». Она является полностью противоположной сублимации. При депозиции энергия выделяется, а не поглощается, причем в очень больших количествах. Десублимация также является очень важной, однако намного сложнее привести пример ее целенаправленного использования человеком, особенно в быту.

Описание процесса

Катализаторами сублимации в физике может служить почти все, что угодно. Иногда вещества сублимируются (так называется этот самый процесс в физике), когда достигают определенной температуры. Как правило, речь идет о температуре выше средней, однако есть некоторые исключения, когда вещества «взгоняются» при отрицательных значениях.

Иногда катализатором этого процесса может являться кислород. В таких случаях вещество будет переходить в газообразное вещество при контакте с воздухом. Кстати говоря, такой прием зачастую используется режиссерами в фантастических фильмах. Здорово, не правда ли?!

Для десублимации катализаторы ровным счетом аналогичные, однако нужно уловить одну закономерность: все параметры, за исключением некоторых особых химических реакций, будут с отрицательным знаком. То есть, если при сублимации основная масса процессов происходит при положительных температурах, то при депозиции, напротив, будут фигурировать низкие.

Стоит также отметить, что переход происходит последовательно. Каждому промежутку времени соответствует свой его перехода.

Многие ученые даже разделяют его на стадии, но этого можно и не делать. Применим это он к взгонке, так и к обратному ей процессу. Именно это позволяет физикам контролировать процесс и использовать его даже в быту.

Примеры

Существует множество примеров сублимации в физике, однако и примеров обратного ей процесса тоже довольно много. Стоит рассмотреть обе категории.

Итак, примеры взгонки:

1. Сухой лед. Наверное, это самый распространенный пример процесса. Наверняка, каждый хоть раз видел или держал в его руках. Одно время сухой лед был крайне популярным предметом для съемок видео на «Ютубе». Почти каждый человек видел хотя бы одно такое видео. Стоит отметить, что лед используется не только в развлекательных целях. Он также имеет довольно широкое применение в быту.
2. Высыхание белья на морозе. Абсолютно каждая хозяйка зимой вывешивает белье на мороз. Казалось бы, оно должно вернуться застывшим, однако возвращается полностью сухим. Связано это с тем, что произошла сублимация молекул воды. Это самый наглядный пример применения сублимации в физике.

Самое время перейти к депозиции. Целесообразно рассмотреть примеры:

1. Иней. Это самый наглядный пример десублимации в природе, с которым связывался абсолютно каждый. Происходит процесс при крайне резком похолодании и слишком быстром прохождении точки росы. Такое явление широко распространено. Увидеть иней можно поздней осенью и зимой. Наиболее хорошо различим он в октябре-ноябре, когда снега еще совсем немного.
2. Узор на окнах зимой. Да, оказывается именно десублимация создает нашу новогоднюю атмосферу. Замысловатые узоры возникают из-за огромнейшей разницы между температурами на улице и в помещении.

Для чего она нужна

Процесс сублимации, помимо того, что он часто встречается в природе, нашел широкое распространение в бытовых вопросах. Обусловлено это удобством, а также малой токсичностью вещей, склонных к этому процессу. Итак, вот несколько примеров ее использования в быту:

1. Сушка белья. Как было сказано выше, молекулы воды просто выветриваются, минуя одно из агрегатных состояний. Такой способ сушки до сих пор остается чуть ли не самым популярным.
2. Принтеры цветной печати. Твердые цветные частицы краски сразу переходят в газообразное состояние под воздействием давления и температуры. Несмотря на то, что такой способ уходит в прошлое, кое-где он распространен и в наше время.
3. Средства от моли и ароматические пластинки. Нередко какой-то из этих предметов можно найти в шкафу. Такие пластинки не просто растворяются, как многие думают, а переходят в состояние газа и переносят запах.

Помимо этого, сублимация широко используется в разнообразных физических опытах. Интересно отметить, что в химии способность веществ к сублимации нередко является основополагающей причиной качественной реакции.

Где еще встречается этот термин

Термин «сублимация» можно встретить не только в физике и химии. Также он уместен и в психологии. В этой науке его расшифровка совсем иная: это способ «выпустить пар», кардинально изменив свой вид деятельности.

Также термин используется в стези печати. В этой сфере деятельности определение меняется: сублимационная печать — это один из способов переноса изображения на любую поверхность с помощью краски, которая проходит процесс взгонки. Проще говоря, это один из способов печати на любой поверхности.

Заключение

В заключении данной статьи следует заметить, что сублимация, даже несмотря на то, что ее понятие встречается в самых разных сферах деятельности общества, в первую очередь остается физическим термином. Именно оттуда, как говорится, «растут ноги». Внимательно вчитайтесь в определение сублимации в физике, а потом сравните его со всеми остальными расшифровками. Таким образом, вы увидите, что термины схожи по своему значению. Дело в том, что каждый из них адаптирован под ту или иную сферу деятельности, о которой идет речь.

7.

6. Возгонка (сублимация) и десублимация

Возгонкой, или сублимацией, называют процесс перехода твердой фазы в парообразное состояние без плавления, а десублимацией — процесс кристаллизации твердой фазы из пара, минуя жидкое состояние.

Возгонка вещества в обычных условиях происходит только тогда, когда давление, отвечающее тройной точке вещества Т_τ (рис. 137) выше атмосферного. Равновесие твердая фаза — пар отражают точки кривой 0 — Т_τ ,стрелка 4 указывает на процесс сублимации, а стрелка 5 — на процесс десублимации. Выше точки Т_τ идет кривая испарения жидкости, заканчивающаяся кри­тической точкой К.

Возгонку применяют для дополнительной очистки неболь­ших количеств вещества от малолетучих примесей или малолетучего вещества от легколетучих примесей. Важным преиму­ществом возгонки по сравнению с кристаллизацией того же вещества из раствора (см. разд. 9.6) является исключение из процесса очистки растворителя, который часто должен быть очень чистым.

Простейший сублиматор состоит из химического стакана 4 (рис. 138, а) с возгоняемым веществом и десублимационной воронки 2, через которую пропущена стеклянная трубка Г, закрепленная на конце трубки воронки обрезком резинового шланга.

Рис. 137. р- Т -Диаграмма состояния ве­щества: 1 — твердое; 2 — жидкое; 3 – газообразное

Рис. 138. Простейшие сублиматоры

Стакан нагревают на электрической плитке 5. Для увеличения скорости возгонки через трубку 1 подают из газометра (см. рис. 271) слабый поток необходимого газа или воздуха из любого микрокомпрессора. Газ (воздух) предварительно пропускают для удаления аэрозоля через фильтр Петрянова (см.разд. 1.5) Если для сублимации необходима инертная атмосфера, то над возгоняемым веществом пропускают слабый поток азота баллона (см. разд. 10.10), очищая его также при помощи ткане­вых фильтров.

Пар возгоняемого вещества, увлеченный потоком газа, омы­вает внутреннюю поверхность воронки, образуя на ней кристал­лы десублимата 3. Скорость потока газа следует регулировать. 0рй большом потоке возрастает унос мелкодисперсной твердой фазы с поверхности нагреваемого вещества и десублимата.

Таким же простым сублиматором является фарфоровая чашка 3 с возгоняемым веществом (рис. 138, б), накрытая воронкой 1 и нагреваемая на песочной бане 4. Для улучшения десублимации возгоняемого вещества 2 на внешнюю поверхность воронок на­кладывают влажную ткань или влажную фильтровальную бумагу (на рисунках они не показаны). Используют также воронки с охлаждающей рубашкой.

Рекомендуемые в ряде руководств сублиматоры, состоящие из колбы 2 (рис. 138, в) и пальчикового холодильника 1, на ко­тором образуются кристаллы 3 десублимата, не имеют особых преимуществ перед рассмотренными выше сублиматорами с воронками. Трубки 4 и 5 служат для создания потока газа.

Пальчиковый пришлифованный холодильник часто трудно удалить из горла колбы из-за заедания шлифа продуктами воз­гонки. Поэтому лучше конец горла колбы не шлифовать, а оста­вить на нем небольшие канавки для выхода газа. Кроме того, при извлечении холодильника с достаточно толстым слоем де­сублимата 3 происходит потеря последнего из-за обдирания его внутренними стенками выходного отверстия колбы. Чтобы из­бежать такой потери десублимата, применяют более простой прибор, состоящий из колбы-холодильника 1 (рис. 138, г) с про­точной водой и химического стакана

3 с возгоняемым ве­ществом. Десублимат 2 образуется на отростке колбы.

Оригинальный сублиматор типа диск — чашка (рис. 138, д) состоит из полого кварцевого диска 4 с проточной водой, за­крытого сверху фарфоровой чашкой 1. В центре круглого от­верстия диска, лежащего на керамической пластине 5, поме­щают тигель 3 с возгоняемым веществом, нагреваемым газовой горелкой 6. В таком сублиматоре возгон 2 образуется не только нафарфоровой чашке, но и вокруг тигля на поверхности диска и может быть легко собран.

Во всех рассмотренных выше типах сублиматоров возможен местный перегрев твердой фазы, вызывающий растрескивание кристаллов с появлением аэрозоля вещества, уносимого с паром. Для устранения этого явления применяют сублиматоры с посто­йной температурой нагрева вещества при помощи пара кипя­ти жидкости. Жидкость выбирают такую, чтобы ее температу ра кипения (см. табл. 16) была бы всего на 10 — 30 °С выше температуры возгонки вещества.

Рис. 139. Паровые сублиматоры:

б: 1 — обратный холодильник; 2- кожух; 3 — трубка; 4- колба;

5- колбонагреватель; 6-лодочка; 7 — возгон; 8 – диафрагма

В сублиматорах типа а (рис. 139) порошок загружают в труб­ку 8 после удаления головки с краном, холодильника 6 и колбо-нагревателя 7. Затем заливают необходимую жидкость в сосуд 5. вставляют холодильник и головку с трубками 1 и 2, стараясь не задеть газоподводной трубкой 1 слой порошка, и размещают сосуд 5 в колбонагревателе 7. Как только закипит жидкость, начинают пропускать воздух или инертный газ через трубку

1 регулируя скорость газа краном. Возгон 3 оседает в холодной части трубки 8. Диафрагма 4 служит для обеспечения равномер­ной толщины слоя десублимата на холодной части поверхности трубки 8 и повышения степени десублимации.

Недостаток рассмотренного сублиматора — трудность удале­ния возгона 3 без частичного его загрязнения исходным порошком и необходимость извлечения его следов с мест десублима­ции. Кроме того, загрузке порошка в трубку 8 мешает диафрагма 4.

Прибор со сквозной трубкой 3 (рис. 139, б) удобен тем, что он легко разбирается на части и лишен дефектов предыдущего сублиматора.

Количество получаемого десублимата растет с приближением охлаждающей поверхности к поверхности возгоняемого вещест­ва, а увеличению скорости возгонки способствует применение вакуума со слабым потоком воздуха или другого газа.

Вакуум-сублиматор с пальчиковым холодильником

1 (рис. 140, а) состоит из сосуда 2 с лодочкой 4. Нагревание сосуда 2 осуществляют в трубчатой печи 5.

Рис. 140. Вакуумные сублиматоры с пальчиковым холодильником (а), с встав­ной трубкой (б) и пистолет Кемпфа (в):

в: 1 — пальчиковый холодильник; 2 — сосуд; 3 — возгон; 4 — лодочка; 5 — трубчатая печь; б- вакуумный кран

Вакуум-сублиматор с воздушным охлаждением (рис. 140, б) имеет широкую пробирку 1 со стеклянной трубкой 2, вме­щающей лодочку 4 овального типа, плотно входящую в трубку 2 задней своей частью. Поэтому десублимат 3 собирается пре­имущественно в передней части трубки. После окончания воз­чики лодочку извлекают из правого конца 5 трубки 2, не затрагивая возгон 3. Такой сублиматор позволяет очень быстро уда­лить возгон без загрязнения его исходным веществом.

Удобным в применении является пистолет-сублиматор Кемфа (рис. 140, в), пригодный и для дробной возгонки вещества. Реторту 1 пистолета опускают для нагревания в баню (см. разд. 6.1) или колбонагреватель (см. рис. 118), а возгон 2обирают в трубке 3 с диафрагмой 4. Возгон удаляют с поверхнсти трубки 3 фарфоровым или стеклянным шпателем в широкий бюкс (см. рис. 57) или чашку Коха (см. рис. 61) после удаления реторты 1. Вакуумирование пистолета проводят через наконечник 5.

Рис. 141. Сублиматоры Солтиса (а), с вакуумной головкой (б) и с защитной рубашкой (в):

а: 1 — капилляр; 2 — электронагреватель; 3 — возгоняемое вещество; 4 — пористая плас­тинка; 5 — пальчиковый холодильник;

6 — десублимат; 7 — вакуумная трубка; 8 — сосуд;

б: 1 — карман с охлаждающей смесью; 2 — вакуумная трубка; 3 — сосуд; 4 — десублимат; 5 — колбонагреватель;

в: 1 — пробирка с охлаждающей смесью; 2 — защитная рубашка; 3 — десублимат; 4 — по­ристая пластинка; 5 — вакуумный кран

Кемпф Теодор (1838 — 1923) — немецкий химик-органик, конструктор при­боров по синтезу и очистке веществ.

Для вакуумной возгонки порошка в токе инертного газа пригодно устройство Солтиса (рис. 141, а). Вещество 3 поме­щают на пластинку 4 из пористого стекла. Верхний конец сосу­да 8 закрывают пробкой с капилляром 1, через который пропус­кают слабый ток инертного газа. Следуя за потоком газа, пар вещества проходит пористую пластинку

4 и осаждается на по­верхности холодильника 5.

Сублиматор с вакуумной головкой 2 имеет карман 1 (Рис141, б), содержащий охлаждающую смесь (см. табл. 23 — 25). На наружной поверхности этого кармана происходит десублимация возгоняемого вещества.

В вакуум-сублиматоре с защитной рубашкой 2 (рис. 141, в) холодильником служит пробирка 1, заполненная охлаждающей смесью. Рубашка 2 имеет пористую стеклянную пластинку 4, которая препятствует загрязнению осаждающегося на пробирке 1 десублимата частицами исходного порошка, увлекаемые его паром.

7.7. Приборы для осуществления химических транспортных реакций

Химическими транспортными реакциями называют обратимые гетерогенные реакции, сопровождающиеся переносом исходного твердого вещества из одной температурной зоны в другую в ре­зультате образования и разложения газообразных промежуточных соединений.

Например, оксид меди С112О при 600 °С взаимодействует с хлороводородом, образуя газообразный Cu₃Cl₃, который перено­сится с потоком НСlв зону с более высокой температурой, где разлагается с выделением Cu₂0, уже освобожденного от многих примесей.

Транспортные химические реакции применяют для очистки веществ, получения монокристаллов металлов и неметаллов, для повышения срока службы ламп накаливания, создания полупроводниковых материалов.

По внешним признакам химические транспортные реакции напоминают процесс сублимации. Принципиальное различие между ними заключается в том, что в транспортных реакциях переносчиком вещества служат не его собственные пары, а пар более летучего промежуточного соединения, легко разла­гающегося при иной температуре.

Известны два способа перемещения газовой фазы в тран­спортных реакциях: поточный и диффузионный (конвек­ционный).

В поточном способе применяют особо чистое газообразное вещество — газ-носитель X, пропускаемый над порошком 3 очищаемого вещества В с определенной скоростью (рис. 142, а). Образовавшееся в сосуде 2 промежуточное соединение ВХ(_Г) при температуре T₂ переносится потоком газа X в сосуд 5 с темпера­турой T₅ (T₂ > T₅), где разлагается:

ВХ_Г⁼ В_к + Х_р.

Например, если над порошком германия Ge пропускать водородно-иодную газообразную смесь при 600 °С, то образуетсяGeI₃, переносимый потоком водорода в холодную зону с температурой 350 °С, где происходит выделение уже чистого Ge:

2Ge + 2l₂г (^H2) 2GeI2_г Ge_K + GeL_4г

С удержанием примесей порядка 10^-7 — 10^-6 %.

Следует иметь в виду, что в холодную зону переходят промежуточные соединения, образовавшиеся с эндотермическим эффектом.

Рис. 142. Приборы для проведения транспортных реакций поточным (а) идиффузионным (б) способами:

I — трубчатая печь; 2, 5 — сосуды; 3 — исходное вещество; 4 — десублимат; б — капилляры (ампулы) с веществом-носителем; 7- вакуумный кран; 8- магнитный ударник; 9- соленоид

Особенности диффузионного способа можно рассмотреть на примере очистки порошкообразного никеля. В сосуд 2 (рис. 142, а) помещают порошкообразный никель 3, предварительно от­соединив левую трубку с краном. Затем в сосуды 2 и 5 через левую трубку впускают монооксид углерода СО и нагревают с помощью трубчатой печи 1 до 50 °С для осуществления реак­ции

Ni_K + 4CO [Ni(CO)₄]_г.

Газообразный тетракарбонил никеля диффундирует в правый более нагретый сосуд 5, где разлагается:

[Ni(CO)₄]_г. Ni_K + 4CO.

Выделяющиеся кристаллы никеля 4 оседают на стенках ам­пулы 5, а освободившийся СО диффундирует к ампуле 2, где снова вступает в реакцию с никелем. Постепенно почти весь никель, кроме остатка, обогащенного примесями, может быть перенесен в ампулу 5.

Легколетучие вещества-носители для использования в диффузионном способе, например бром, предварительно конденсируют в капиллярах или ампулах 6 (рис. 142, б), которые затем запаивают. Капилляры и ампулы вносят через вертикальнуютрубку в сосуд 2, эвакуируют сосуды 2 и 5 через кран 7, предварительно закрыв пришлифованной пробкой вертикальную трубку, в которую помещают железный сердечник 8 в стеклянной или полимерной оболочке. Затем с его помощью включением и выключением соленоида 9 разбивают капилляр или ампулу.

Репрессия репрессивная десублимация | ангеларутаан

Сегодня я должен совмещать работу с написанием моего еженедельного поста в блоге — и я делаю это с удовольствием — еще раз перечитав книгу Герберта Маркузе « One Dimensional Man », пока готовлюсь к своей презентации на следующей неделе, посвященной «неустойчивому обществу». Это должен быть этический документ. Я до сих пор борюсь с богатством мысли в этой книге. Книга, которая долгое время считалась устаревшей, поскольку она вписала себя в дебаты времен холодной войны о «коммунистических» и «капиталистических» ответах на постфашистскую эпоху. Я пишу «коммунист» и «капиталист» под вопросительными знаками, ибо сомневаюсь в самой противоположности понятий. И на самом деле, хотя в творчестве Маркузе тоже видна попытка подняться над ним. Суть его начинания состоит в том, чтобы попытаться увидеть правду о мире, в котором он жил, о мире, который в наши дни, хотя и «после холодной войны», во многих аспектах все еще остается прежним.

Многие люди думают, что работа Маркузе не имеет ничего общего с этикой, поскольку эта дисциплина рассматривает человеческие личности и правильность/неправильность их действий, тогда как Одномерный Человек рассматривает только социальную реальность. Суждение, которое неверно. Как показал Маркузе, у человека не может быть свободы мысли, когда он или она захвачены тем, что он называет «репрессивной десублимацией». Это забавное переворачивание идеи Фрейда о том, что сублимация помогает людям свыкнуться с неприятными или несправедливыми реалиями, ведет к пониманию того, что в обществе после Второй мировой войны именно десублимация — фактическое и постепенное исчезновение неприятностей и несправедливости, которое заставляет нас терять из виду реальность. По мере того, как богатство растет, рабочие часы устанавливаются законом, пенсии и пособия по безработице регулируются, люди в более богатых частях мира теряют способность видеть свою несвободу. Этот процесс, по Маркузе, поддерживается постоянным и агрессивным маркетингом товаров, идей, желаний. «Возьмем (к сожалению, фантастический) пример: простое отсутствие всякой рекламы и всех индоктринирующих средств информации и развлечений погружало бы человека в травмирующую пустоту, где у него был бы шанс удивиться и подумать, познать себя (или скорее отрицательное себя) и своего общества». Таким образом, вытеснение репрессивной десублимации означает отказ от постоянного погружения в этот непрерывный поток, заполняющий негативную пустоту, которая была бы нашей свободой.

Без свободы нет ни морального агента, ни этики, поэтому Маркузе показал, что нельзя начать размышлять о морали, не подавляя репрессивное физическое и психологическое ожирение, от которого страдают все люди в более богатых частях мира (и я бы сказал, также в стремящихся разбогатеть) страдают. Как беженец нацистского режима Маркузе придерживается мнения, что фашизм не исчез после победы союзников в 1945 году. И он не имеет в виду странную неонацистскую группу, которая хотела бы дестабилизировать общество. Он ссылается на «рекламу и индоктринацию», которые в сочетании с террором были, в конце концов, также той почвой, на которой нацистский режим построил свое постоянное признание среди немецких граждан, пока они вели свою страну в пропасть.

Второй шаг, который делает Маркузе после того, как он показал, что анализ общества является основой этики, показывает, что философия поэтому должна быть политической, а не только академической: «терапевтическая задача философии была бы политической задачей, поскольку установленная вселенная обычного языка имеет тенденцию коагулировать в полностью манипулируемую и идеологизированную вселенную. Тогда политика выступила бы в философии не как особая дисциплина или предмет анализа, не как особая политическая философия, а как намерение ее понятий постигнуть неискаженную действительность». должен избегать «убегания в непротиворечивое, нереальное, в то, что является только академически спорным.» И что это за реальность, которую нужно попытаться увидеть? Это как раз и есть неустойчивость общества, в котором массы людей убаюкивают, веря, что богатство и справедливость становятся доступными для все большего числа людей, если доверять только работе рыночной экономики и защищающей ее плюралистической демократии.

Его вывод не в том, что мы должны отменить демократию, черт возьми, нет, даже если бы это была только лучшая из нескольких проблематичных альтернатив. Что следует сделать и что можно сделать, только если снять часть репрессивного одеяла, так это увидеть демократию в ее нынешнем состоянии такой, какая она есть: защита стада от тех, кто снаружи: «субстрат отверженных и отверженных». аутсайдеры, эксплуатируемые и преследуемые представители других рас и других цветов кожи, безработные и безработные. Они существуют вне демократического процесса […] их противостояние революционно, даже если их сознание таковым не является. Их оппозиция поражает систему извне и поэтому не отклоняется системой; это стихийная сила, которая нарушает правила игры и тем самым выявляет ее как сфальсифицированную игру». Отказавшись от соблазна пророчества, Маркузе не видит положительного решения, его работа остается критической. Единственная положительная вещь, которую он считает возможной, рассматривается им как шанс: встреча самого развитого сознания и его наиболее эксплуатируемой силы. По иронии судьбы это происходит здесь и там в наше время благодаря одному из самых «репрессивных» гаджетов, созданных богатым миром: Интернету. Он уже создает изменения, даже революции — но наш единственный шанс на гуманный результат заключается в том, чтобы изо всех сил постоянно следить за процессом — предотвращая, чтобы он воспроизвел ту самую репрессию, которую он стремится подавить.

Я процитировал книгу Герберта Маркузе «Одномерный человек » в издании Routledge 1991 года. Оригинальная работа была опубликована в 1964 году. Книга имеет подзаголовок: «Исследования идеологии развитого индустриального общества» .

Нравится:

Нравится Загрузка…

Десублимация на наноинженерных поверхностях

. 2018 28 августа; 12 (8): 8288-8296.

doi: 10.1021/acsnano.8b03554. Epub 2018 18 июля.

Кристофер Уокер ¹ , Себастьян Лерх ¹ , Матиас Райнингер ¹ , Хади Эглиди ¹ , Афанасиос Милионис ¹ , Томас М. Шуциус ¹ , Димос Пуликакос ¹

принадлежность

• ¹ Лаборатория термодинамики в новых технологиях, Департамент машиностроения и технологического проектирования, ETH Zurich, Sonneggstrasse 3, CH-8092 Zurich, Швейцария.

• PMID: 30001108
• DOI: 10.1021/acsnano.8b03554

Кристофер Уокер и др. АКС Нано. 2018 .

. 2018 28 августа; 12 (8): 8288-8296.

doi: 10.1021/acsnano.8b03554. Epub 2018 18 июля.

Авторы

Кристофер Уокер ¹ , Себастьян Лерх ¹ , Матиас Райнингер ¹ , Хади Эглиди ¹ , Афанасиос Милионис ¹ , Томас М. Шуциус ¹ , Димос Пуликакос ¹

принадлежность

• ¹ Лаборатория термодинамики в новых технологиях, Департамент машиностроения и технологического проектирования, ETH Zurich, Sonneggstrasse 3, CH-8092 Цюрих, Швейцария.

• PMID: 30001108
• DOI: 10.1021/acsnano.8b03554

Абстрактный

Образование кристаллов льда из пара представляет собой множество проблем в широком спектре отраслей и приложений, включая охлаждение, транспорт и производство энергии. Однако рациональный комплексный подход к созданию ледофобных поверхностей для образования инея — как за счет конденсации воды (с последующим замораживанием), так и, в частности, за счет десублимации (прямой рост кристаллов льда из пара) — остается труднодостижимым. Здесь, руководствуясь физикой зародышеобразования, мы исследуем влияние состава материала и текстуры поверхности (от атомарно гладкой до наношероховатой) на механизм зарождения и роста инея в диапазоне условий в области сублимации (от 0 °C до -55 °C; парциальное давление водяного пара от 6 до 0,02 мбар). Удивительно, но мы наблюдаем, что на кремнии при очень низких температурах — ниже предела зародышеобразования затвердевания гомогенного льда (<-46 ° C) - десублимация не становится благоприятным путем для образования инея. Кроме того, показано, что наношероховатость поверхности повышает вероятность образования инея на кремнии. Мы экспериментально продемонстрировали при температурах от -48 ° C до -55 ° C, что нанотекстура с радиусами кривизны в пределах 1 порядка величины критического радиуса зародышеобразования способствует росту инея, которому способствует капиллярная конденсация, в соответствии с уравнением Кельвина. Наши результаты показывают, что такая наноразмерная морфология поверхности, обусловленная конструкцией для придания желаемых функций, таких как супергидрофобность, или дефектов, может быть очень вредной для фобии мороза при низких температурах и парциальных давлениях водяного пара (<0,05 мбар). Наша работа способствует фундаментальному пониманию фазовых переходов в области равновесной сублимации и имеет значение для таких приложений, как путешествия, производство электроэнергии и охлаждение.

Ключевые слова: конденсация; десублимация; иней; ледофобия; глазурь; инженерия поверхности.

Похожие статьи

• Механизмы образования и распространения льда на супергидрофобных поверхностях: обзор.

  Азими Янчешме А., Момен Г., Джафари Аминабади Р. Азими Янчешме А. и др. Adv Коллоидный интерфейс Sci. 2020 май;279:102155. doi: 10.1016/j.cis.2020.102155. Epub 2020 8 апр. Adv Коллоидный интерфейс Sci. 2020. PMID: 32305656 Обзор.

• О локализованных градиентах давления пара, управляющих явлениями конденсации и замерзания.

  Натх С., Борейко Ю.Б. Нат С. и др. Ленгмюр. 2016 23 августа; 32 (33): 8350-65. doi: 10.1021/acs.langmuir.6b01488. Epub 2016 11 августа. Ленгмюр. 2016. PMID: 27463696

• Морозные ореолы от капель переохлажденной воды.

  Юнг С., Тивари М.К., Пуликакос Д. Юнг С. и др. Proc Natl Acad Sci U S A. 2 октября 2012 г.; 109 (40): 16073-8. doi: 10.1073/pnas.1206121109. Epub 2012 10 сентября. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012. PMID: 23012410 Бесплатная статья ЧВК.

• Подавление льдообразования переохлажденного конденсата с бифильной топографией.

  Хоу Ю, Ю М, Шан Ю, Чжоу П, Сун Р, Сюй Х, Чен Х, Ван З, Яо С. Хоу Ю и др. Phys Rev Lett. 2018 16 февраля; 120(7):075902. doi: 10.1103/PhysRevLett. 120.075902. Phys Rev Lett. 2018. PMID: 29542940

• Ледофобные поверхности: определение и показатели качества.

  Ираджизад П., Назифи С., Гасеми Х. Ираджизад П. и соавт. Adv Коллоидный интерфейс Sci. 2019 июль; 269: 203-218. doi: 10.1016/j.cis.2019.04.005. Epub 2019 27 апр. Adv Коллоидный интерфейс Sci. 2019. PMID: 31096074 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Локализованные характеристики первых трех типичных стадий конденсационного инея в краевой области горизонтальной охлаждающей пластины.

  Чжан Л., Сонг М., Чао CYH, Данг С., Шен Дж. Чжан Л. и др. Микромашины (Базель). 2022 ноябрь 4;13(11):1906. doi: 10.3390/mi13111906. Микромашины (Базель). 2022. PMID: 36363927 Бесплатная статья ЧВК.

• Предотвращение криогенного обрастания антарктического гребешка Adamussium colbecki.

  Вонг В.С.И., Хауэр Л., Чико П.А., Мейстер К. Вонг ВСИ и др. коммун биол. 2022 21 января; 5 (1): 83. doi: 10.1038/s42003-022-03023-6. коммун биол. 2022. PMID: 35064197 Бесплатная статья ЧВК.

• Замораживание капель воды размером в несколько нанометров.

  Хакимян А., Мохебиниа М., Назари М., Давудабади А., Назифи С., Хуан З., Бао Дж., Гасеми Х. Хакимян А. и др. Нац коммун. 2021 30 ноября; 12 (1): 6973. doi: 10.1038/s41467-021-27346-w. Нац коммун. 2021. PMID: 34848730 Бесплатная статья ЧВК.

• Солнечная антиобледенительная поверхность с усиленным самоудалением конденсата в экстремальных условиях окружающей среды.