過冷却面に落下する液滴に凍結波が見られた

ビデオ: 過冷却面に落下する液滴に凍結波が見られた

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
ビデオ: 「水和物系蓄熱材の過冷却解除技術の開発と蓄熱システムへの応用」 青山学院大学 理工学部 機械創造工学科 教授 熊野 寛之 2023, 1月
過冷却面に落下する液滴に凍結波が見られた
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Anonim
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科学者たちは初めて、液滴がはるかに冷たい表面に当たったときの液滴の凍結ダイナミクスを直接捉えました。この場合、通常の結晶の成長ではなく、同心の氷の前線の拡大が観察できることがわかりました。この結果は、3D印刷や航空機を着氷から保護する方法の開発など、さまざまな分野で役立つ可能性があります。著者は、全米科学アカデミーのジャーナルProceedingsに書いています。

多くの場合、物理現象の経過は、一度に複数のプロセスの影響を受けます。このような場合、より単純な問題を研究するときに観察されない現象が発生する可能性があります。たとえば、平衡熱力学は、準静的な記述を認めるプロセス、つまり、熱力学的平衡の連続した一連の滑らかに流れる状態の形で表現できるプロセスを研究するために使用されます。一部の実際のプロセスは、この理想的なスキームからかなり弱く逸脱しているため、古典的な熱力学による分析は測定値とよく一致していますが、他の場合には、逸脱が最も単純な理論と実験の間に矛盾をもたらします。

液体の凍結も同様の状況に当てはまります。最も単純なケースは、休息中の滴の中に氷の結晶が徐々に形成されることです。ただし、風や大きな温度勾配を追加するなど、タスクが複雑な場合は、プロセスのダイナミクスと最終状態の両方が大幅に変化する可能性があります。

トゥエンテ大学のDetlefLohseが率いるオランダとドイツの物理学者は、過冷却表面に落下する非常に非平衡な場合のヘキサデカン液滴(融点+ 18℃)の凍結を研究しました。融点より11度以上低い表面温度で、相転移のいくつかの波が液滴内で連続的に動き始めることがわかった。著者らは、結晶化の核形成の理論と液滴全体の流体力学の組み合わせを使用してこの現象を説明することができましたが、これらは同時に考慮されることはめったにありません。

そのような研究を行う動機は、自然と技術におけるそのような結晶化モードの広範な使用でした:冷たい表面に降る雨、インクジェットプリンターのインク硬化、いくつかのタイプの3D印刷、および深紫外線フォトリソグラフィー。溶融スズの滴が使用されます。多くの研究がこのモードでの液滴の変形と広がりのメカニズムを検討しましたが、相転移への影響は十分に詳細に研究されていません。

プロセスを修正するために、著者らは、直接ビームの入射角に近いビームの入射角で、屈折率の低い媒体との界面からの高い反射係数からなる全反射の効果を使用しました。この場合、赤色レーザーが使用され、反射信号の処理により、エバネッセント波の厚さ(約100ナノメートル)での液滴のダイナミクスを高い時間的および空間的分解能で決定することが可能になりました。

物理学者は、結果がサファイア表面の過冷却の程度に依存することを発見しました。その温度がそれほど低くない場合、表面に滴によって押し付けられた気泡は、短時間後に液体中で上昇します。温度差が十分である場合、気泡は表面と接触したままであり、いくつかの連続した波の形で移動する液滴で発生する結晶化中心の半径方向の動きを強化する欠陥の役割を果たします。

以前、物理学者はシャボン玉の凍結を理解し、凍結液滴の爆発を説明し、また、プルート上で液体の形で物質を保存する理由を示唆しました-炭酸氷がこれに関与している可能性があります。

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