Переохлаждённая жидкость

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Constitutional supercooling - phase diagram, concentration, and temperature.png

Переохлаждённая жидкость — жидкость, имеющая температуру ниже температуры кристаллизации при данном давлении. Является одним из неустойчивых (метастабильных) состояний жидкости, наряду с перегретой жидкостью.

Переохлаждённая жидкость получается из обычной путём охлаждения при отсутствии центров кристаллизации.

Существует точка зрения, что обыкновенное (силикатное) стекло является примером переохлажденного, метастабильного, аморфного состояния вещества.[1]

Если очистить воду от примесей, то её можно охладить до температуры −48.3 °C[2][3].

Экспериментальные методы получения переохлажденных жидкостей.

Все существующие на сегодняшний день методы получения переохлажденных, метастабильных материалов можно разделить на две большие группы: к первой из них относятся методы чрезвычайно быстрого охлаждения, которое приводит к замедлению процессов диффузии, необходимых для формирования новой фазы, а ко второй группе обычно принадлежат методы, основанные на устранении из расплава потенциальных центров кристаллизации,[4]

Результатом применения первой группы методов являются чрезвычайно вязкие, аморфные тела, которые по своим механическим свойствам напоминают кристаллические тела, но при этом не обладают дальним порядком. Метод же, основанный на уменьшении числа потенциальных центров кристаллизации позволяет получить метастабильные жидкости, существующие в жидком состоянии значительно ниже равновесной температуры плавления.

Как следует из термодинамических соображений наличие твердых примесей (окислов, подложки, материала тигля или тугоплавких примесей) резко снижает работу образования критического зародыша кристаллического кристаллической фазы, что вызывает быструю кристаллизацию всего образца. Поэтому долгое время полученные величины переохлаждений исчислялись несколькими градусами.

Значительные успехи в начале изучения процесса переохлаждения связаны с именем Тернбала, который предложил использовать для изучения переохлаждения при кристаллизации жидкой фазы метод микрообъемов. Тернбал предложил осуществить разбиение максимально очищенного расплава на по возможности большое число отдельных частиц. Поскольку число примесей в исходном расплаве конечно, можно ожидать, что среди этих частиц могут оказаться те, которые вовсе не содержат примесей.

Дальнейшее развитие идею Тернбала получили в методе смены механизма конденсации[4], который сочетает идеи о разбиении вещества на множество частиц с вакуумными методами получения образцов. В основе этого метода лежит предположение о том, что температура максимального переохлаждения жидкой фазы, соответствует температуре смены механизма конденсации от пар—жидкость к пар—кристалл. С помощью этой методики были получены гигантские переохлаждения, которые в рядя случаев приближались к прогнозируемому из термодинамических соображений значений в 0.4 температуры плавления.

В результате этих исследований было установлено, что предельная величина переохлаждения, которое может быть достигнуто для данного материала, определяется тем материалом, с которым он находится в контакте. Так наибольшие переохлаждения были достигнуты в том случае, если расплав находился в контакте с инертным по отношению к нему углеродом, а наименьшие — тогда, когда расплав находился в контакте с кристаллическим металлом.

Размерный эффект изучался в работе [5]. В результате было установлено, что управляя размером жидкой фазы можно существенным образом изменять величину переохлаждения. Так для массивных частиц висмута, находящихся в контакте с медью, переохлаждение составляет около 60 К. В то же время для наноразмерных включений этого материала зарегистрированное авторами переохлаждение составило около 120 К.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. ЖИДКОСТЬ — статья из энциклопедии «Кругосвет»
  2. Moore, Emily; Valeria Molinero (24). «structural transformation in supercooled water controls the crystallization rate of ice». Nature 479: 506–508. DOI:10.1038/nature10586. Bibcode2011Natur.479..506M. Проверено 24November2011.
  3. Debenedetti & Stanley 2003, С. 42
  4. 1 2 НТ Гладких, СВ Дукаров, АП Крышталь, ВИ Ларин, ВН Сухов, СИ Богатыренко. Поверхностные явления и фазовые превращения в конденсированных пленках / НТ Гладких. — Харьков, ХНУ имени В. Н. Каразина, 2004.
  5. S. I. Petrushenko, S. V. Dukarov, V. N. Sukhov Formation and thermal stability of liquid phase in layered film systems // Vacuum. — 2015-12-01. — Т. 122, Part A. — С. 208-214. — DOI:10.1016/j.vacuum.2015.09.030.

Ссылки[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]