Zakład Chemii Fizycznej Wydział Chemii, UAM, Poznań

Prezentacja na temat: "Zakład Chemii Fizycznej Wydział Chemii, UAM, Poznań"— Zapis prezentacji:

1 Zakład Chemii Fizycznej Wydział Chemii, UAM, Poznań
Stabilność i samoorganizacja 3D bidyspersyjnych płynów komórkowych Waldemar Nowicki, Grażyna Nowicka

2 Prawa Plateau: Krawędzie Plateau są tworzone przez trzy ciekłe filmy pomiędzy którymi występują kąty dwuścienne równe 2/3  (120°) Wierzchołki powstają w wyniku złożenia czterech krawędzi pod kątami tetraedrycznymi, tzn. arccos(1/3) (109.5°) Prawo Laplace’a Różnica ciśnień występująca po obu stronach filmu jest odwrotnie proporcjonalna do jego krzywizny

3 Piany monodyspersyjne
Arystoteles – czworościan należy do wielościanów foremnych wypełniających przetrzeń Kelvin – bryłą wypełniającą przestrzeń bez reszty i posiadającą najmniejszą możliwą powierzchnię jest czternastościan Thomson W. (Lord Kelvin), On the division of space with minimum partitional area, Phil. Mag., 24, 503 (1887) Weaire-Phelan – mniejszy stosunek powierzchni do objętości (o 0.3 %) ma sieć złożona z komórek elementarnych zawierających dwa dwunastościany i sześć czternastościanów ( z dwunastoma ścianami w kształcie pięciokatów) Weaire D., Phelan R., A counterexample to Kelvin’s conjecture on minimal surfaces, Phil. Mag. Lett., 69, 107 (1994) Eksperyment – Tomografia w świetle widzialnym Thomas P.D., Darton R.C., Whalley P.B., Liquid foam structure analysis by visible light tomography, Chem. Eng. J., 187 (1995) Garcia-Gonzales R., Monnreau C., Thovert J.-F., Adler P.M., Vignes-Adler W., Conductivity of real foams, Colloid Surf. A, 151 (1999)

4 2D bidispersyjne ciecze komórkowe SURUZ 2003

5 Względny promień krzywizny ścian (stosunek B/A podany na rysunku)

6 Zależność względnej energii mieszania od ułamka objętościowego cząstek A (stosunek B/A podany na rysunku)

7 Ciecze komórkowe w trzech wymiarach

8 Model: Układ jest złożony z trzech płynnych faz: A, B i C.
Płyny A i B tworza krople/bąble zdyspergowane w cieczy C Objętość ośrodka dyspersyjnego C jest na tyle mała, że komórki płynów A i B tworzą wypełniające przestrzeń wielościany zorganizowane w postaci sieci 3D.

9 Pytania: Czy 3D uporządkowane struktury bidyspersyjne są stabilne w trójfazowych płynach komórkowych? Czy te struktury mogą powstawać spontanicznie? Czy istnieją struktury przejściowe odpowiadające lokalnym minimom energetycznym na drodze do ostatecznych struktur uporządkowanych?

10 Surface Evolver (Keneth Brakke)

11 3D bi-dispersyjne ciecze komórkowe

12 czworościan (10) (343–6) Zależność energii międzyfazowej od promienia krzywizny

13 czworościan (10) (343–6) Zależność energii międzyfazowej od promienia krzywizny

14 kula (13) (01) Zależność energii międzyfazowej od promienia krzywizny

15 dwuścian (12) (121–1) Zależność energii międzyfazowej od promienia krzywizny

16 trójścian (11) (232–3) Zależność energii międzyfazowej od promienia krzywizny

17 Zależność promienia średniej krzywizny od względnego
napięcia międzyfazowego

18 Energia mieszania – zmiana energii miedzyfazowej towarzysząca przeniesieniu komórki A z sieci a-C do sieci B-C

19 czworościan (10) (343–6) Zależność energii mieszania od ułamka objętościwego komórek A

20 R=Rmin czworościan (10) (343–6)
Zależność energii mieszania od ułamka objętościwego komórek A

21 kula (13) (01) Zależność energii mieszania od ułamka objętościwego komórek A

22 R=Rmin dwuścian (12) (121–1) Zależność energii mieszania od ułamka objętościwego komórek A

23 R=Rmin trójścian (11) (232–3)
Zależność energii mieszania od ułamka objętościwego komórek A

24  01  121–1  232–3  343–6 Zależność energii mieszania od względnego napiecia międzyfazowego

25 0.1  01  121–1  232–3  343–6

26

27

28 Zależność energii międzyfazowej obiektu
od względnego napiecia międzyfazowego

29 Zależność nadmiaru energii międzyfazowej obiektu
od względnego napiecia międzyfazowego

30

31

32

33

34

35

36 Czworościan 2 pięciościany

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46 Czworościan

47 =5.0 =0.1 2·1323 2·1322 1312 2322 232·12 2·1222 2·1221 1211 2221 222·11  2·1121 2·1120 1110 2120 212·10 topologically forbidden 2111+10 2011+10 energetically forbidden 13+1222 12+1121 11+1020 232·13 2·1322 1312 2322 232·12 222·12 2·1221 1211 2221 222·11  2·1121 2·1120 1110 2120 energetically forbidden 212·10 topologically forbidden  2111+10 2011+10 13+1222 12+1121 11+1020 energetically forbidden

48 Czy singlety mogą powstawać samorzutnie? Energia mieszania<0

49 Dziękuję za uwagę