Ní òkè òfurufú, iyọ̀ tábìlì dàgbà sí cube tí inú rẹ̀ ṣófo. Gravity yí brine padà, kì í ṣe iyọ̀ náà

Ní òkè òfurufú, iyọ̀ tábìlì lasan dàgbà sí àwọn cube tí inú wọn ṣófo tí wọ́n sì ní ìpele

Àwọn crystal náà dà bí iṣẹ́ faaji: àwọn fireemu onígun mẹ́rin wà nínú ara wọn, ojú wọn sì rọ̀ sí inú bí àtẹ̀gùn.

Sodium chloride lasan ni wọ́n fi ṣe wọn, èyí náà ni compound tí ó wà nínú iyọ̀ tábìlì. Ohun tí ó ṣàjèjì kì í ṣe ohun èlò náà. Brine tó yí i ká ni.

Lórí Ayé, crystal tó ń dàgbà nínú omi tó tó ìwọn centimita lè rì, lè kan odi tàbí ojú-ilẹ̀, ó sì lè ràn lọ́wọ́ láti dá ìyàtọ̀ density sílẹ̀ tí yóò mú solution náà máa yí ká. Lórí International Space Station, settling lasan àti sísàn omi tí buoyancy ń fa dín kù gan-an. Díẹ̀ lára àwọn crystal iyọ̀ dúró lójú omi fún àkókò tó tó kí wọ́n lè dàgbà díẹ̀díẹ̀, ní ìṣọ̀kan tó pọ̀ sí i, sí hopper cubes tí etí wọn wà láàárín 2 sí 8 millimita.

Àwọn ìwé ìwádìí mẹ́ta, tí a tẹ̀ jáde ní 2011, 2015 àti 2019, ṣàlàyé àwọn ìdánwò wọ̀nyí. Ní àpapọ̀, wọ́n fún wa ní ẹ̀kọ́ tó mọ́ nípa transport physics: yíyí ọ̀nà tí ohun tó tú sínú omi fi dé crystal padà lè yí irisi crystal náà padà láì yí atomic ìṣètò rẹ̀ padà.

Wọn kò fi hàn pé òfurufú ń dá crystal pípé sílẹ̀, wọn kò fìdí industrial ìlànà kan múlẹ̀, wọn kò sì ṣí irú iyọ̀ tuntun kan hàn.

Kí ni ó ń sọ cube di hopper?

Crystal sodium chloride lasan ní atomic arrangement oní-cube. Hopper crystal náà ṣì jẹ́ cubic, ṣùgbọ́n àwọn igun àti etí rẹ̀ ń dàgbà ṣáájú àárín àwọn ojú rẹ̀. Àbájáde ni pé ojú kọ̀ọ̀kan ní ihò tí ó ń lọ sí inú ní ìpele, bí ẹni pé cube náà fẹ́ kọ́ fireemu rẹ̀ kí ó tó kún àwọn ògiri rẹ̀.

Àpẹẹrẹ ISS kan tó wá lẹ́yìn náà ń jẹ́ kí ìlànà ìdàgbàsókè yìí hàn gbangba, ṣùgbọ́n ó jẹ́ context, kì í ṣe ẹ̀rí láti inú àwọn ìwé ìwádìí sodium-chloride mẹ́ta náà. Àwòrán àti time-lapse Donald Pettit ní ìsàlẹ̀ fi potassium chloride, iyọ̀ mìíràn, hàn bí ó ṣe ń dá hopper tí ó ní ìpele àti scroll morphologies sílẹ̀ ní microgravity.

Àwọn crystal ń dàgbà láti inú supersaturated brine: omi iyọ̀ tí ó ní sodium chloride tí ó tú sínú rẹ̀ ju iye tí yóò wà ní equilibrium lábẹ́ àwọn ipo yẹn lọ. Àwọn ion sodium àti chloride gbọ́dọ̀ rìn kọjá omi náà kí wọ́n sì darapọ̀ mọ́ ojú crystal.

Ọ̀nà gbooro méjì ni wọ́n fi lè rìn. Diffusion ni random molecular motion tó ń gbé ohun tó tú sínú omi lọ láti ibi tí concentration ti ga sí ibi tí ó kéré láìsí bulk liquid circulation. Convection ni ìrìn omi náà fúnra rẹ̀. Lábẹ́ agbára walẹ̀ lasan, ìyàtọ̀ kékeré nínú temperature tàbí concentration lè yí density padà kí ó sì fa buoyancy circulation. Àwọn crystal tún lè sediment, ìyẹn ni kí wọ́n rì sínú omi.

Ìdánwò yìí ni a ṣe lórí International Space Station, yàrá ìdánwò microgravity tí ń yí Ayé ká. Ọ̀rọ̀ microgravity kò túmọ̀ sí pé agbára walẹ̀ kò sí. ìwé ìwádìí 2019 ròyìn residual acceleration tó jẹ́ nǹkan bí 1.2 millionths ti agbára walẹ̀ lórí ojú Ayé, tàbí 1.2 micro-g, pẹ̀lú ìrìn omi cyclical tó lọra. Ayíká náà yí ìwọ̀ntúnwọ̀nsì transport padà; kò jẹ́ kí brine náà dúró patapata.

Ọ̀nà tó lọra sí cube ìwọ̀n millimita

Ìwádìí 2019 dojukọ àwọn hopper cube tí wọ́n dàgbà bí omi ṣe ń evaporate láti inú brine lórí ISS. Etí cube tí a ròyìn wà láàárín 2 sí 8 millimita. Growth rate wà láàárín 0.34 sí 1.0 micromita ní ìṣẹ́jú kan (nǹkan bí 0.49 sí 1.44 millimita ní ọjọ́ kan), pẹ̀lú mean 0.68 micromita ní ìṣẹ́jú kan àti standard deviation 0.23.

Ní average rate yẹn, etí 8-millimita yóò gba nǹkan bí ọ̀sẹ̀ kan láti dágbà. Ìṣírò yìí jẹ́ ìṣírò àfojúsùn, kì í ṣe time-lapse measurement ti gbogbo ìpele crystal kan.

Àwọn onkọ̀wé ṣe ìṣírò àfojúsùn supersaturation pé ó kéré ju 1.002. Literature wọn fún ìfiwéra lórí Ayé ṣàpèjúwe hopper growth ní supersaturation tó ga púpọ̀ sí i, ju 1.45 lọ, ní rate 10 sí 110 micromita ní aaya kan fún àwọn aaya tàbí ìṣẹ́jú díẹ̀, tí ó sábà máa ń dá cube tí ó kéré ju 250 micromita sílẹ̀.

Ìfiwéra náà wúlò, ṣùgbọ́n kò matched. Àwọn crystal ISS àti terrestrial literature kò wá láti Earth àti orbit arms tó jọra tí ẹgbẹ́ kan náà ṣe ní àkókò kan náà. Oríṣìíríṣìí container, interface àti ọ̀nà lè ní ipa pẹ̀lú agbára walẹ̀.

Nítorí náà, ìyàtọ̀ tó lágbára jù lọ jẹ́ descriptive: nínú àwọn observation ISS wọ̀nyí, hopper cubes dàgbà díẹ̀díẹ̀, ní supersaturation kékeré, fún ọjọ́ sí ọ̀sẹ̀, wọ́n sì dé ìwọ̀n millimita.

Diffusion ló ṣe pàtàkì jù ní ìbẹ̀rẹ̀; sísàn omi ṣì lè ní ipa lẹ́yìn náà

ìwé ìwádìí 2019 lo Peclet number láti fi transport tí ìrìn omi ń fa wé transport tí diffusion ń fa. Iye tó kéré ju ọkan túmọ̀ sí pé diffusion ṣe pàtàkì sí i; iye tó ju ọkan lọ túmọ̀ sí pé bulk motion lè jẹ́ olórí.

Nínú àwọn drop tó kéré, tó tó 0.8 centimita, estimated Peclet values gòkè láti nǹkan bí 0.0004 lẹ́gbẹ̀ẹ́ nucleation sí nǹkan bí 0.03 ní ìwọ̀n ìkẹyìn tí a wọn. Diffusion ṣì jẹ́ olórí.

Nínú crystallizer 2 sí 3 centimita, ìṣírò àfojúsùn gòkè láti nǹkan bí 0.05 fún nucleus 50-micromita sí nǹkan bí 4 fún etí 4-millimita. Ìdàgbàsókè ìbẹ̀rẹ̀ ṣì jẹ́ diffusion dominated, ṣùgbọ́n ìrìn cyclical tó lọra lè ti kópa lẹ́yìn náà.

Ìdí nìyẹn tí gbolohun pé “microgravity yọ convection kúrò” fi máa jẹ́ aṣìṣe. Ordinary buoyancy-driven circulation àti settling dín kù gan-an. Residual acceleration àti ìrìn tí a lè wọn ṣì wà.

Ìrísí omi náà tún ṣe pàtàkì

ìwé ìwádìí 2011 àti ìwé ìwádìí 2015 mú àwòrán náà gbooro sí i. Wọ́n ròyìn crystallization iyọ̀ nínú thin films, fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ omi tó nípọn sí i, brine volume tó fẹ́rẹ̀ẹ́ yika, àti àwọn drop tí ó so mọ́ ojú-ilẹ̀.

Nínú ìwádìí 2011, thin films tó nípọn nǹkan bí 0.2 sí 0.7 millimita dá thin wafers àti tabular crystals sílẹ̀. Àwọn brine volume tó ń fò láìso mọ́ nkan jẹ́ kí lateral faces lè dágbà ní symmetry tó pọ̀ sí i àti hopper cubes.

Àwọn observation 2015 ní thin sheets 0.2 sí 0.7 millimita nípọn, fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ tó nípọn sí i nǹkan bí 4 sí 6 millimita, àti attached hemispherical drops tó fẹ́rẹ̀ẹ́ jẹ́ 20 sí 32 millimita ní ìwọ̀n kọjá. Àwọn form tí a ròyìn ní tabular hoppers, cubes, disk-like crystals, dendrites, rings àti shells. Fífi polyethylene glycol kún un dín hopper growth kù nínú set observation kan.

Àwọn onkọ̀wé ṣàpèjúwe iṣẹ́ 2015 gẹ́gẹ́ bí observation tí a ṣe pẹ̀lú supplies tí kò wà nínú inventory ní àkókò ìsinmi crew, kì í ṣe rigorous programmatic investigation. Àwọn àpẹẹrẹ náà fi hàn pé geometry omi, interfaces, evaporation àti additives gbogbo wọn ṣe pàtàkì. Wọn kò ṣètò deterministic recipe kan níbi tí shape container kan yóò fi dá shape crystal kan lójú.

Lattice náà kò di irú iyọ̀ tuntun

Ìyàtọ̀ láàárín crystal ìṣètò àti morphology ṣe pàtàkì gan-an.

Structure ni atomic arrangement tó ń tún ara rẹ̀ ṣe. Morphology ni irisi òde tí a lè rí. Neutron diffraction nínú ìwé ìwádìí 2011 kò rí sodium chloride ìṣètò tó yí padà tàbí lattice-cell parameters tó yàtọ̀ sí àwọn àpẹẹrẹ lórí Ayé. Àwọn orbital àpẹẹrẹ náà tún ní brine inclusions, ìyẹn ni àwọn àpò solution kékeré tí ó dì sínú crystal.

Nítorí náà, irisi tó tóbi tí ó sì ní symmetry kì í ṣe ẹ̀rí pé ohun èlò náà mọ́ sí i tàbí kò ní defect. Kò sí ìwé ìwádìí kankan nínú dossier tó ròyìn chemical purity tó ga sí i, mechanical performance tó dára sí i tàbí suitability fún device kan pàtó.

Gravity ṣiṣẹ́ ní ọ̀nà àìṣe-taara. Ó yí settling, liquid circulation, orientation àti contact pẹ̀lú ojú padà. Kò yí agbára sodium-chloride bonds padà, kò sì dá atomic phase tuntun sílẹ̀.

Ohun tí àwọn ìdánwò yìí lè kọ́ wa àti ohun tí wọn kò lè kọ́ wa

Àwọn ìwé ìwádìí náà ṣe atilẹyin fún transport explanation: dídín ordinary settling àti buoyancy-driven flow kù gan-an jẹ́ kí díẹ̀ lára àwọn crystal dúró lójú omi, kí wọ́n sì dàgbà díẹ̀díẹ̀ lábẹ́ àwọn ipo tó ní symmetry púpọ̀ sí i. Àwọn ìwọ̀n, rate àti form tí a wọn jẹ́ taara observations; supersaturation, growth history àti Peclet values ní ìṣírò àfojúsùn nínú; ìfiwéra pẹ̀lú Ayé sì gbẹ́kẹ̀ lé àwọn ìdánwò mìíràn tí a ti tẹ̀ jáde fún apá kan.

Kò sí denominator kan ṣoṣo tó mọ́ fún dossier náà. Ó darapọ̀ individual crystals, crystallizers àti selected examples láti ìwé ìwádìí mẹ́ta. Fífi gbogbo wọn jọ sí total kan yóò dà bí ẹni pé uniform ìdánwò kan wà, nígbà tí kò sí bẹ́ẹ̀.

Àwọn ìwádìí náà tún kò ròyìn ẹ̀rí kankan tí a nílò fún manufacturing claim. Wọn kò wọn throughput, production cost, agbára lò, yield, reliability tàbí useful ohun èlò performance. Series 2015 jẹ́ exploratory. Àwọn terrestrial ìfiwéra kì í ṣe matched controls. Ati pé ohun tó tóbi tàbí tó lẹ́wà lójú kì í ṣe dandan pé ó dára jù fún application kan.

Àwọn natural salt deposits lè ní hopper cubes tí a wọn ní centimita, nígbà míì tí wọ́n dúró nínú brine-soaked mud. ìwé ìwádìí 2019 dabaa ṣeé ṣe analogy pẹ̀lú ìdàgbàsókè tó lọra tí diffusion jẹ́ olórí. Ìfiwéra tó nífẹẹ̀ sí ni, kì í ṣe ẹ̀rí pé natural àti orbital hoppers ní ọ̀nà iṣẹ́ kan náà.

Àkótán tó mọ́

Àwọn crystal iyọ̀ tí wọ́n dàgbà láti brine tó ń evaporate lórí International Space Station ní àwọn hollow, stepped hopper cubes tí ó tó 2 sí 8 millimita ní ìwọ̀n kọjá. Àwọn ìwé ìwádìí náà ṣe atilẹyin fún explanation tí ó dá lórí transport: microgravity dín ordinary settling àti buoyancy-driven flow kù gan-an, ó jẹ́ kí ìdàgbàsókè lọra àti suspension pẹ́ sí i, nígbà tí diffusion jẹ́ olórí ní ìbẹ̀rẹ̀. Geometry omi, interfaces, evaporation àti additives tún ní ipa lórí morphology. Neutron diffraction kò fi sodium chloride ìṣètò tuntun hàn, brine inclusions sì ṣì wà. Iṣẹ́ náà jẹ́ ọ̀ràn ìwádìí materials-science tó ní ààlà, kì í ṣe ẹ̀rí pé òfurufú ń dá crystal pípé sílẹ̀ tàbí pé ó ń jẹ́ kí industrial ìlànà ṣee ṣe.