Controls on microstructural features during solidification of colloidal suspensions
Controls on microstructural features during solidification of colloidal suspensions
复制标题
胶体悬浮液凝固过程中微观结构特征的控制
DOI：
10.1016/j.actamat.2018.05.049
复制
发表时间：
2018-09
期刊：
影响因子：
9.4
通讯作者：
M Grae Worster
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jiaxue You;Zhijun Wang;M Grae Worster
提出了胶体悬浮液定向冻结的数学模型。该模型的关键部分是胶体颗粒和凝固悬浮液之间的分离力、悬浮液通过颗粒聚集层向凝固前沿流动以及通过未冻结液体微观薄膜将颗粒从冻结前沿分离出来。我们的模型预测了导致不同微观结构的三种不同的凝固模式：树枝状结构；冰矛和透镜的梯形结构；冻结的边缘，从中可以形成横向冰透镜。这解释了为什么不同的研究人员报告了冰透镜的存在，其中有冻结条纹的存在，也有没有冻结条纹的存在。我们的定量预测被封装在一个通用的、无量纲的相图中，该相图显示了在哪些操作条件下可以预期哪些微观结构，并且我们表明这些预测与以前的实验研究以及我们在这里介绍的新实验是一致的。
We present a mathematical model of the directional freezing of colloidal suspensions. Key ingredients of the model are the disjoining forces between the colloidal particles and the solidified suspending fluid, flow of the suspending fluid towards the solidification front through an accumulating layer of particles, and flow through microscopic films of unfrozen liquid separating particles from the freezing front. Our model predicts three different modes of solidification leading to different microstructures: dendritic formations; laddered structures of ice spears and lenses; a frozen fringe, from which transverse ice lenses can form. It explains why different researchers have reported the existence of ice lensing with and without the pre-existence of frozen fringes. Our quantitative predictions are encapsulated within a universal, dimensionless phase diagram showing which microstructure is to be expected under which operating conditions, and we show that these predictions are consistent with previous experimental studies as well as new experiments that we present here.
登录
查看更多内容
影响因子：
1.8
作者：
Rempel, AW;Worster, MG
通讯作者：
Worster, MG
影响因子：
8.6
作者：
S. Peppin;J. Wettlaufer;M. Worster
通讯作者：
S. Peppin;J. Wettlaufer;M. Worster
胶体悬浮液凝固中的界面过冷：定量测量分析
影响因子：
4.6
作者：
You J;Wang L;Wang Z;Li J;Wang J;Lin X;Huang W
通讯作者：
Huang W
影响因子：
1.8
作者：
Kunio Watanabe;M. Mizoguchi
通讯作者：
Kunio Watanabe;M. Mizoguchi
影响因子：
1.8
作者：
Taber, S
通讯作者：
Taber, S