Un equipo de investigación coreano ha observado una coexistencia de fase de no equilibrio de larga duración en fluidos supercríticos.

Un equipo de investigadores dirigido por el profesor Gunsu S. Yun del Departamento de Física de POSTECH y la División de Ingeniería Nuclear Avanzada y el profesor Dong Eon Kim del Departamento de Física y Max Planck POSTECH / Korea Research Initiative (MPK) ha observado el desequilibrio coexistencia de fases en fluidos supercríticos que duran varias horas. Los investigadores explicaron el fenómeno a través de un modelo de transporte masivo en la interfaz de coexistencia de fases, donde el transporte ocurre en trozos de racimos de tamaño nanométrico en lugar de átomos individuales.

Se ha aceptado como conocimiento científico durante aproximadamente 200 años que cuando la temperatura y la presión de un fluido se elevan por encima de un cierto nivel llamado punto crítico, el límite entre líquido y gas desaparece y ya no se produce un cambio de estado. Sin embargo, en la década de 2010, Los resultados de la investigación informaron que los fluidos supercríticos pueden tener propiedades líquidas o gaseosas dependiendo de las condiciones de temperatura y presión. Desde entonces, Se ha confirmado continuamente a través de varios experimentos y simulaciones que existen múltiples estados en la región del fluido supercrítico. Sin embargo, la posibilidad de un estado en el que coexista una pluralidad de fases en lugar de una sola fase al mismo punto de temperatura y presión, es decir, un estado similar a aquél en el que coexisten un líquido y un gas en general después de la separación de fases, no se ha discutido.

A esto, el equipo de investigación conjunto, en el proceso de hacer un fluido de argón supercrítico usando una cámara de alta presión que opera en sucesivos ciclos de compresión-expansión, demostraron un estado en el que una gran cantidad de gotitas de argón (formadas por enfriamiento por expansión adiabática) coexisten con el fondo supercrítico similar a un gas mientras mantienen sus propiedades similares a las de un líquido. El estado en el que estas dos fases coexisten de forma aislada persiste durante un tiempo sorprendentemente largo y los investigadores presentaron un nuevo modelo de transporte masivo mediado por nano-clústeres, una mejora del modelo de evaporación convencional, para explicar el fenómeno.

Los fluidos supercríticos se utilizan en diversas industrias, como los sistemas de intercambio de calor en plantas de energía, procesos farmacéuticos, limpieza de semiconductores, y procesamiento de alimentos gracias a sus propiedades beneficiosas como baja viscosidad y alta solubilidad. La coexistencia de fase de no equilibrio en fluidos supercríticos descubierta en este estudio tiene un impacto significativo en las propiedades físicas y químicas como la capacidad calorífica, conductividad térmica, y viscosidad, que puede resultar importante para el procesamiento de fluidos supercríticos en aplicaciones industriales.

Además, Este logro tiene un valor académico significativo, ya que sentó las bases para la investigación relacionada al identificar por primera vez la coexistencia de la fase de no equilibrio de los fluidos supercríticos. que es un área inexplorada.

"La investigación sobre el desequilibrio de los fluidos supercríticos no solo es útil en los procesos industriales, pero también es útil para comprender varios fluidos supercríticos que existen en el mundo natural, como en las atmósferas de planetas como Venus y Júpiter, erupciones volcánicas, y fluidos en la corteza terrestre, ", comentó el profesor Gunsu S. Yun, quien participó como coautor correspondiente en el estudio." Nuestros hallazgos contribuirán a comprender las propiedades de transporte de los fluidos supercríticos ". "Estamos llevando a cabo una investigación para interpretar teóricamente la coexistencia de fase de no equilibrio en fluidos supercríticos más allá de los resultados experimentales".

Los hallazgos de este estudio se publicaron el 30 de julio de 2021 en Comunicaciones de la naturaleza. La investigación se realizó con el apoyo de la Fundación Nacional de Investigación de Corea y la Iniciativa de Investigación Max Planck Korea / POSTECH.