stringtranslate.com

Аэродинамическая левитация

Аппарат аэродинамической левитации: сферический образец плавает на газовом потоке, который протекает через коническое сопло. Образец нагревается CO2 - лазером, а температура измеряется по яркости образца пирометром.
Здесь легкий шарик парит в воздушном потоке, создаваемом вентилятором в квадратном ящике.

Аэродинамическая левитация — это использование давления газа для левитации материалов, чтобы они больше не находились в физическом контакте с каким-либо контейнером. В научных экспериментах это устраняет проблемы загрязнения и зародышеобразования, связанные с физическим контактом с контейнером.

Обзор

Термин аэродинамическая левитация может быть применен ко многим объектам, которые используют давление газа для противодействия силе тяжести и обеспечивают стабильную левитацию . Вертолеты и шайбы для аэрохоккея являются двумя хорошими примерами объектов, которые левитируют аэродинамически. Однако в последнее время этот термин также ассоциируется с научной техникой, которая использует конусообразную насадку, позволяющую стабильную левитацию сферических образцов диаметром 1-3 мм без необходимости в активных механизмах управления. [1]

Аэродинамическая левитация как научный инструмент

Эти системы позволяют левитировать сферические образцы, пропуская газ через расходящееся коническое сопло. Сочетание этого с непрерывным нагревом CO 2 лазером мощностью >200 Вт позволяет достигать температур образцов свыше 3000 градусов по Цельсию.

При нагревании материалов до этих чрезвычайно высоких температур левитация в целом обеспечивает два ключевых преимущества по сравнению с традиционными печами. Во-первых, исключается загрязнение, которое в противном случае возникло бы из-за твердого контейнера. Во-вторых, образец может быть переохлажден, т. е. охлажден ниже его нормальной температуры замерзания без фактического замерзания.

Переохлаждение жидких образцов

Переохлаждение, или переохлаждение , — это охлаждение жидкости ниже ее равновесной температуры замерзания, при этом она остается жидкостью. Это может происходить везде, где подавляется зарождение кристаллов . В левитирующих образцах гетерогенное зарождение подавляется из-за отсутствия контакта с твердой поверхностью. Методы левитации обычно позволяют охлаждать образцы на несколько сотен градусов Цельсия ниже их равновесной температуры замерзания.

Стекло, произведенное методом аэродинамической левитации

Поскольку зарождение кристаллов подавляется левитацией и не ограничивается проводимостью образца (в отличие от электромагнитной левитации), аэродинамическая левитация может быть использована для изготовления стеклообразных материалов из высокотемпературных расплавов, которые не могут быть получены стандартными методами. Было изготовлено несколько стекол на основе оксида алюминия, не содержащих кремния. [2] [3] [4]

Измерения физических свойств

За последние несколько лет также был разработан ряд методов измерения in situ . Следующие измерения могут быть выполнены с различной точностью:

электропроводность , вязкость , [5] плотность , поверхностное натяжение , [6] удельная теплоемкость ,

Аэродинамическая левитация in situ также сочетается с:

Рентгеновское синхротронное излучение , рассеяние нейтронов , ЯМР-спектроскопия

Смотрите также

Дальнейшее чтение

Ссылки

  1. ^ Пол К. Нордин; Дж. К. Ричард Вебер и Йохан Г. Абади (2000), «Свойства высокотемпературных расплавов с использованием левитации», Pure and Applied Chemistry , 72 (11): 2127–2136, doi : 10.1351/pac200072112127
  2. ^ JK Richard Weber; Jean A. Tangeman; Thomas S. Key; Kirsten J. Hiera; Paul-Francois Paradis; Takehiko Ishikawa; et al. (2002), "Новый синтез стекол на основе оксида кальция и оксида алюминия", Японский журнал прикладной физики , 41 (5A): 3029–3030, Bibcode : 2002JaJAP..41.3029W, doi : 10.1143/JJAP.41.3029
  3. ^ JK Richard Weber; Johan G. Abadie; April D. Hixson; Paul C. Nordine; Gregory A. Jerman (2004), «Формирование стекла и полиаморфизм в композициях оксида редкоземельного металла и оксида алюминия», Журнал Американского керамического общества , 83 (8): 1868–1872, doi :10.1111/j.1151-2916.2000.tb01483.x
  4. ^ LB Skinner; AC Barnes & W. Crichton (2006), "Новое поведение и структура новых стекол типа Ba–Al–O и Ba–Al–Ti–O, полученных с помощью аэродинамической левитации и лазерного нагрева", Journal of Physics: Condensed Matter , 18 (32): L407–L414, Bibcode : 2006JPCM...18L.407S, doi : 10.1088/0953-8984/18/32/L01, PMID  21690853
  5. ^ Кондо, Тошики; Мута, Хироаки; Куросаки, Кен; Каргл, Флориан; Ямаджи, Акифуми; Фуруя, Масахиро; Оиси, Юдзи (июль 2019 г.). «Плотность и вязкость жидкого ZrO2, измеренные методом аэродинамической левитации». Гелион . 5 (7): e02049. дои : 10.1016/j.heliyon.2019.e02049 . ПМЦ 6658727 . ПМИД  31372532. 
  6. ^ Сан, Ифань; Мута, Хироаки; Охиши, Юджи (июнь 2021 г.). «Новый метод измерения поверхностного натяжения: метод отскока капли». Микрогравитационная наука и технологии . 33 (3): 32. doi : 10.1007/s12217-021-09883-7 .