超临界流体中准平衡相共存的观察

一个韩国研究小组观察到超临界流体中长期存在的非平衡相共存。

由 POSTECH 物理系和先进核工程部的 Gunsu S. Yun 教授和物理系 Dong Eon Kim 教授和 Max Planck POSTECH/Korea Research Initiative (MPK) 领导的一组研究人员观察到了非平衡超临界流体中的相共存持续数小时。研究人员通过相共存界面处的质量传输模型解释了这一现象，其中传输发生在大块纳米级簇而不是单个原子中。

大约 200 年来，当流体的温度和压力上升到某个称为临界点的水平以上时，这一科学知识已被接受，液体和气体之间的边界消失，状态不再发生变化。然而，在 2010 年代，研究结果报告称，超临界流体可能具有液体或气体特性，具体取决于温度和压力条件。此后，通过各种实验和模拟不断证实超临界流体区域存在多种状态。然而，在相同的温度和压力点，多相共存而不是单相的状态——即相分离后与一般液体和气体共存的状态类似的状态——的可能性尚未确定。讨论。

为此，联合研究小组在使用连续压缩-膨胀循环运行的高压室制造超临界氩流体的过程中，展示了大量氩液滴(由绝热膨胀冷却形成)共存的状态具有类似气体的超临界背景，同时保持其类似液体的特性。这两个相独立共存的状态持续了令人惊讶的长时间，研究人员提出了一种由纳米团簇介导的新质量传输模型——对传统蒸发模型的改进——来解释这一现象。

超临界流体因其低粘度和高溶解度等有益特性而被用于各种行业，例如发电厂的热交换系统、制药过程、半导体清洁和食品加工。本研究中发现的超临界流体中的非平衡相共存对热容、热导率和粘度等物理和化学性质有重大影响，这可能对工业应用中的超临界流体处理很重要。

此外，该成果还具有重要的学术价值，首次发现超临界流体的非平衡相共存，为相关研究奠定了基础，这是一个尚未探索的领域。

“研究超临界流体的非平衡态不仅有助于工业过程，而且有助于了解自然界中存在的各种超临界流体，如金星和木星等行星的大气层、火山爆发以及地球上的流体。地壳，”作为共同通讯作者参与该研究的 Gunsu S. Yun 教授评论道。“我们的发现将有助于了解超临界流体的传输特性。” 他补充说：“我们正在进行研究，以从理论上解释超出实验结果的超临界流体中的非平衡相共存。”

这项研究的结果于 2021 年 7 月 30 日发表在《自然通讯》上。该研究是在韩国国家研究基金会和 Max Planck Korea/POSTECH 研究计划的支持下进行的。

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