Language
Country/Area
No result found
Rahasia fisi molekul: Mengapa campuran cepat terbagi menjadi dua zat dalam keadaan tertentu?
Penelitian ilmiah terkini telah mengungkap rahasia pemisahan molekuler, khususnya bagaimana, dalam kondisi tertentu, campuran dapat dengan cepat menghasilkan dua zat. Fenomena ini disebut pemisahan fase spontan (dekomposisi spinoda), yang terjadi dalam keadaan fase termodinamik. Ketika fase seragam menjadi tidak stabil, ia dapat dengan cepat terbagi menjadi dua fase berbeda tanpa melalui proses nukleasi yang membosankan. Fenomena ini sangat umum dalam campuran logam atau polimer, dan para peneliti sedang menyelidiki mekanisme di baliknya dan aplikasi potensialnya.
Selama pemisahan fase spontan, fluktuasi kecil dalam sistem mulai tumbuh dengan cepat, membentuk wilayah pengayaan untuk dua komponen tertentu.
Konsep dasar pemisahan fase spontan berasal dari ketidakstabilan termodinamik. Fase homogen tidak stabil ketika mencapai energi bebas maksimum termodinamikanya. Secara relatif, proses nukleasi dan pertumbuhan terjadi ketika fase seragam berubah menjadi keadaan metastabil. Pada saat ini, resistansi internal sistem terhadap fluktuasi kecil sangat kuat, sehingga proses pembentukan fase kedua perlu mengatasi kendala tertentu.
Kinetika pemisahan fase spontan sering dimodelkan oleh persamaan Cahn–Hilliard. Persamaan ini menggambarkan bagaimana molekul bergerak melalui difusi dalam campuran dan secara efektif menangkap perubahan halus dalam proses tersebut. Cahn dan Hilliard memperluas model mereka berdasarkan efisiensi dalam dinamika Laplace. Perluasan ini mencakup efek regangan internal dan istilah energi gradien, yang memungkinkan model untuk memperhitungkan efek bahan non-isotropik dengan lebih baik. Bentuk dekomposisi.
Dalam fenomena pemisahan fase spontan, pergerakan molekul tidak hanya bergantung pada difusi sederhana, tetapi disertai dengan perubahan dalam struktur mikro.
Sejarah pemisahan fase spontan dimulai pada tahun 1940-an, ketika para ilmuwan mengamati fenomena pita samping dalam paduan tembaga-nikel-besi melalui teknik difraksi sinar-X. Munculnya pita samping ini awalnya menjerat modulasi periodik komponen-komponen. Akhirnya, melalui penelitian berkelanjutan, konteks masalah tersebut secara bertahap menjadi jelas, yang mengonfirmasi hubungan mendesak antara analisis modulasi komponen dan proses dekomposisi fase.
Dalam hal perhitungan energi bebas dalam model, para ilmuwan memperkenalkan metode perkiraan Ginzburg dan Landau untuk menganalisis energi bebas dalam fluktuasi kecil. Penilaian tersebut menunjukkan bahwa perluasan fluktuasi stokastik memiliki dampak yang mendalam pada sifat-sifat campuran, terutama di dekat minimum lokal energi bebas, yang menjadikan derivasi energi bebas Cahn-Hilliard sebagai salah satu penanganan inti untuk memahami pemisahan fase spontan. satu.
Energi bebas antara fase yang berbeda terus berubah seiring dengan perubahan komposisi lokal. Pada akhirnya, hal ini mendorong sistem untuk berevolusi menuju keadaan energi bebas yang rendah.
Ketika potensial kimia digabungkan dengan gerakan difusi, kita memperoleh pandangan yang lebih lengkap. Potensi kimia di sini adalah variabel energi bebas, dan persamaan kinetik di atas membuat orang menyadari bahwa aliran materi tidak hanya bergantung pada pengaruh lingkungan internal dan eksternal, tetapi juga tunduk pada perubahan dalam struktur mikro. Ketika bagian dari sistem mulai berubah, fenomena tersebut meluas, yang akhirnya menghasilkan berbagai macam paduan dan struktur polimer.
Penelitian ini tidak hanya membantu kita lebih memahami fenomena pemisahan fase di alam, tetapi juga sangat penting bagi pengembangan ilmu material modern. Pengetahuan ini dapat diterapkan pada desain material baru, khususnya dalam aplikasi lanjutan dari paduan logam dan polimer, yang berpotensi memiliki dampak mendalam pada peningkatan kinerja material, desain, dan penggunaan akhirnya.
Penelitian di masa mendatang dapat mengungkap lebih banyak misteri tentang pemisahan fase spontan, yang tidak hanya merupakan eksplorasi sains, tetapi juga harapan untuk inovasi teknologi di masa mendatang.
Jadi, saat kita mengeksplorasi bagaimana molekul membelah secara spontan, pernahkah Anda bertanya-tanya apakah fenomena serupa terjadi secara diam-diam di bidang lain?
