Hvordan topologien af ​​et porøst materiale påvirker faseadskillelsen af ​​binære blandinger

Forskere ved University of Tokyo Institute of Industrial Science (IIS) rapporterer om en ny fysisk model, der viser, hvordan topologien af ​​et porøst materiale påvirker faseadskillelsen af ​​binære blandinger. Modellen bruger to variable, tæthedsfeltet for en porøs struktur og sammensætningsfeltet for en binær blanding, at vise, at topologi har meget forskellige effekter på faseadskillelse afhængigt af, at den porøse struktur er tilfældig og enten 2-D eller 3-D. Undersøgelsen kan læses i Videnskabens fremskridt .

IIS professor Hajime Tanaka, hvem ledede undersøgelsen, forklarer, at afblanding, faseadskillelse af binære blandinger, i porøse materialer afhænger af to faktorer. "Faseadskillelse, overfladebefugtning og porens geometriske struktur hænger alle sammen. Struktur afhænger af størrelse og topologi. Det er meget svært at studere topologi. "

Forståelse af denne indflydelse har anvendelser på vidt forskellige områder, herunder batteri, medicinsk diagnostik og olieudvinding.

Tidligere undersøgelser har generelt antaget, at porer kan tilnærmes til at være en samling af lige cylindre, men i virkeligheden, formerne er tilfældige, og kan tage forskellige topologier, komplicerer kinetikken ved adskillelsen. For at forstå disse effekter, Tanaka og hans samarbejdspartner, Dr. Ryotaro Shimizu, udviklet en ny fasefeltmodel til at observere, hvordan to blandede stoffer adskilles, når de nedsænkes i et porøst materiale ved forskellige niveauer af overfladebefugtning og to forskellige topologier, 2-D eller 3-D. Modellen viste en klar sammenhæng mellem afblanding og fugtighed, men en, der var stærkt påvirket af topologien.

"Kun 3-D porøse strukturer kan være bikontinuerlige, "sagde Shimizu.

Betydningen af ​​denne skelnen fører til unikke konformationer i 3-D strukturer, som Shimizu kalder "dobbeltnetværksstrukturer." Resultatet er forskellig kinetik i faseadskillelsen på grund af forskellige topologier i porestrukturen.

"Vores undersøgelse viser, at forskellen i poregeometrien forårsager drastiske forskelle i faseadskillelsen, " sagde Tanaka.