凝固方向相对于重力对冰模板 TiO2 微结构的影响
应用物理
2019-01-01 v1 材料科学
摘要
冰模板法通过颗粒悬浮液的方向性凝固、凝固流体的升华以及颗粒壁的烧结来制备具有排列的、拉长的孔隙的材料。大多数冰模板研究采用向上凝固技术,其中固态冰位于凝固模具底部,液体悬浮液在冰上方,凝固前沿向上、逆重力推进。液态水在 4{\deg}C 时达到最大密度;因此,靠近冷源的液体比上方较暖的液体密度更小。靠近冷源的较低密度液体预期会因浮力上升,从而在凝固期间促进对流流体运动。在此,我们研究相对于重力方向的凝固方向对冰模板微结构的影响,以研究凝固期间浮力驱动流体运动的作用。我们假设,对于向上凝固,由液体密度梯度引起的对流流体运动发生在凝固前沿附近。对于向下凝固,我们预期这种流体运动发生在离凝固前沿更远的位置。将 TiO2 纳米颗粒的水悬浮液向上(逆重力,冰在下、水在上)、向下(水在下、冰在上)和水平(垂直于重力)凝固。烧结样品的微结构研究表明,向上凝固(逆重力)的样品在凝固期间存在浮力驱动的对流流体流动的证据,包括壁(和孔)取向相对于诱导温度梯度的倾斜、冰透镜缺陷和径向宏观偏析。这些特征在向下和水平凝固构型中未观察到。
引用
@article{arxiv.1812.11198,
title = {The effect of solidification direction with respect to gravity on ice-templated TiO2 micro-structures},
author = {Kristen L. Scotti and Lauren G. Kearney and Jared Burns and Matthew Ocana and Lucas Duros and Aaron Shelhamer and David C. Dunand},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.11198},
year = {2019}
}