Uma coexistência de fase de não equilíbrio de longa duração em fluidos supercríticos foi observada por uma equipe de pesquisa coreana.

Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Professor Gunsu S. Yun do Departamento de Física da POSTECH e da Divisão de Engenharia Nuclear Avançada e o Professor Dong Eon Kim do Departamento de Física e Max Planck POSTECH / Iniciativa de Pesquisa da Coreia (MPK) observou o desequilíbrio coexistência de fase em fluidos supercríticos com duração de várias horas. Os pesquisadores explicaram o fenômeno por meio de um modelo de transporte de massa na interface de coexistência de fases, onde o transporte ocorre em blocos de nano-aglomerados em vez de átomos individuais.

É aceito como conhecimento científico há cerca de 200 anos que, quando a temperatura e a pressão de um fluido sobem acima de um certo nível denominado ponto crítico, a fronteira entre líquido e gás desaparece e uma mudança de estado não ocorre mais. Contudo, na década de 2010, resultados de pesquisas relataram que os fluidos supercríticos podem ter propriedades líquidas ou gasosas, dependendo das condições de temperatura e pressão. Desde então, foi continuamente confirmado por meio de vários experimentos e simulações que existem vários estados na região do fluido supercrítico. Contudo, a possibilidade de um estado em que uma pluralidade de fases coexiste, em vez de uma única fase na mesma temperatura e ponto de pressão - isto é, um estado semelhante àquele em que um líquido geral e um gás coexistem após a separação de fases - não foi discutido.

Para isso, a equipe de pesquisa conjunta, no processo de fabricação de um fluido de argônio supercrítico usando uma câmara de alta pressão que opera em sucessivos ciclos de compressão-expansão, demonstrou um estado em que uma grande quantidade de gotículas de argônio (formadas por resfriamento por expansão adiabática) coexiste com o fundo supercrítico semelhante a gás, mantendo suas propriedades semelhantes a líquido. O estado em que essas duas fases coexistem isoladamente persiste por um tempo surpreendentemente longo e os pesquisadores apresentaram um novo modelo de transporte de massa mediado por nano-clusters - uma melhoria no modelo de evaporação convencional - para explicar o fenômeno.

Fluidos supercríticos estão sendo usados ​​em várias indústrias, como sistemas de troca de calor em usinas de energia, processos farmacêuticos, limpeza de semicondutores, e processamento de alimentos graças às suas propriedades benéficas, como baixa viscosidade e alta solubilidade. A coexistência de fase de não equilíbrio em fluidos supercríticos descoberta neste estudo tem um impacto significativo nas propriedades físicas e químicas, como capacidade de calor, condutividade térmica, e viscosidade, o que pode ser importante para o processamento de fluidos supercríticos em aplicações industriais.

Além disso, essa conquista é de valor acadêmico significativo, pois lançou as bases para pesquisas relacionadas, identificando pela primeira vez a coexistência de fase de não-equilíbrio de fluidos supercríticos, que é uma área inexplorada.

"A pesquisa sobre o não-equilíbrio de fluidos supercríticos não é útil apenas em processos industriais, mas também útil na compreensão de vários fluidos supercríticos que existem no mundo natural, como nas atmosferas de planetas como Vênus e Júpiter, erupções vulcânicas, e fluidos na crosta terrestre, "comentou o professor Gunsu S. Yun, que participou como co-autor correspondente do estudo." Nossas descobertas contribuirão para a compreensão das propriedades de transporte dos fluidos supercríticos. " "Estamos conduzindo pesquisas para interpretar teoricamente a coexistência de fase de não-equilíbrio em fluidos supercríticos além dos resultados experimentais."

Os resultados deste estudo foram publicados em 30 de julho, 2021 dentro Nature Communications. A pesquisa foi conduzida com o apoio da National Research Foundation of Korea e da Max Planck Korea / POSTECH Research Initiative.