稀二元混合物中气液相分离的密度泛函理论

我们利用密度泛函理论考察稀二元混合物相分离状态的静力学和动力学。在我们的系统中，液体与气体之间的 salvation chemical potential $\Delta\mu_s$ 对于每个溶质粒子都远大于热能量 $k_BT$，且溶质粒子间的吸引相互作用弱于溶剂粒子间的吸引相互作用。在这些条件下，饱和蒸气压增加量等于液体中的溶质密度乘以大因子 $k_BT \exp(\Delta\mu_s/k_BT)$。结果，在液体中低溶质密度下诱导相分离，并且新相保持气态，而液体压力处于溶剂的共存曲线之外。这解释了在环境水中溶解气体时广泛观察到的稳定纳米气泡的形成。我们计算了穿过平面和球形界面的密度和应力分布，其中表面张力随界面溶质吸附的增加而减小。我们实现了半径约30 nm的稳定富溶质气泡，其使自由能泛函最小。然后我们研究周围液体减压后此类气泡周围的动力学，其中气泡经历阻尼振荡。此外，我们给出了表面张力和界面应力张量的一些精确和近似表达式。