2021年9月28日贝森·戴维斯(Bethan Davies)评论
的东京农业技术大学与大阪大学联合提出了一种新的方法，通过热力学参数来调节流体动力学界面的不稳定性，以促进对液-液相分离的控制。
图:(a) ~ (c) t = 600秒非平衡度ε改变时流动界面形态的变化。(a)圆形模式(ε = 0.20)。(b)指型(ε = 0.61) (c)液滴型(ε = 0.97)。(d)计算了圆形(C)、手指(F，黑实体曲线)和液滴(d，红实体曲线)图形形成过程中的熵产曲线。相关的速度显示为虚线。在ε f = 0.217和ε d = 0.685处出现三条熵产曲线的两个交点。图片来源:Yuichiro Nagatsu/TUAT, Takahiko Ban/大阪大学。
该团队利用最大熵产生原理成功预测了生长界面的模式变化。这项研究发表在物理化学学报B6月29日th, 2021年。
流体界面处的流动是很常见的。近年来，流体界面流动伴随着化学反应、相变和相分离等物理化学效应的研究越来越受到科学家的关注。
由于它既包含物理化学因素又包含水动力因素，因此其控制和预测比不考虑物理化学因素时更加困难。因此，我们决定在涉及物理化学影响的情况下，建立一种合适的流动界面控制和预测方法．
Nagatsu博士，研究通讯作者，东京农工大学化学工程系副教授
该论文的通讯作者之一、大阪大学化学工程系副教授潘博士表示:“在平衡系统中，被称为热力学第二定律的“熵增原理”成立。相反，20世纪50年代提出的非平衡系统理论认为，在两个或两个以上不可逆过程相互干扰的复杂系统中，熵产生率最大．”
然而，这一原理仅在一个非常有限的复杂过程中得到了证明。例如晶体生长模式的形成和热对流模式的形成。因此，需要在其他复杂过程中进行测试
潘博士，研究通讯作者，大阪大学化学工程系副教授
实验后，研究人员报告了流体动力学界面的不稳定性，这是在一个热力学参数的控制下，推导出了在Hele-Shaw细胞中流体置换过程中的液-液相分离。这个单元由两个紧密间隔的平行平面板组成。
即使在流体力学稳定的情况下，不稳定性仍然存在。调整盐浓度可以控制溶液的混相性，并改变界面的形状。研究人员追踪了盐浓度从平衡状态下降时稳定的圆形、指状和液滴形成模式。
我们的团队利用热力学通量分析了这种界面的不稳定性，热力学通量是由界面的生长速率决定的。我们还提供了一个理论框架，以确定不同的模式，如气、液、固相平衡，并定量预测模式之间的过渡点。有趣的是，我们发现模式转变可以用更高的熵产生来解释．
潘博士，研究通讯作者，大阪大学化学工程系副教授
长津博士总结道:结果表明，非平衡程度在液-液相分离界面流动中起决定性作用。这为有效控制液-液相分离界面流动提供了重要的指导。此外，该结果为迄今为止验证受到限制的最大熵产生原理的应用提供了一个新的例子。在未来的研究中，还需要对最大熵产生原理进行进一步的研究．”
期刊引用:
铃木r . X。等．(2021)控制液-液相分离热力学参数的可调谐流体动力界面不稳定性。物理化学学报B．doi.org/10.1021/acs.jpcb.1c01335．
来源:https://www.tuat.ac.jp/en/