Кристаллизация газонасыщенных слоев аморфного льда с зародышевыми кристаллами

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅或者付费存取

详细

Экспериментально исследована самопроизвольная кристаллизация газонасыщенных слоев аморфного льда, полученных низкотемпературной конденсацией сверхзвуковых потоков разреженного пара и этана при их различной ориентации относительно охлаждаемой подложки. Присутствие в неравновесной среде кристаллических зародышей, образованных в сверхзвуковом потоке пара, обеспечивает условия для инициирования «горячих» центров и переход к спонтанной кристаллизации газонасыщенного слоя с образованием газового гидрата. Полученные образцы содержали высокую концентрацию газа, значительно превышающую его концентрацию для гидрата этана в равновесном состоянии. Высокая газонасыщенность указывает на присутствие молекул газа в пористой среде конденсата в свободном состоянии.

全文:

受限制的访问

作者简介

М. Файзуллин

Институт теплофизики УрО РАН

编辑信件的主要联系方式.
Email: faizullin@itp.uran.ru
俄罗斯联邦, Екатеринбург

А. Виноградов

Институт теплофизики УрО РАН

Email: faizullin@itp.uran.ru
俄罗斯联邦, Екатеринбург

А. Томин

Институт теплофизики УрО РАН

Email: faizullin@itp.uran.ru
俄罗斯联邦, Екатеринбург

В. Коверда

Институт теплофизики УрО РАН

Email: faizullin@itp.uran.ru
俄罗斯联邦, Екатеринбург

В. Брюханов

Институт теплофизики УрО РАН

Email: faizullin@itp.uran.ru
俄罗斯联邦, Екатеринбург

参考

  1. Mishima O. Reversible First-order Transition between Two H2O Amorphs at ~0.2 GPa and ~135 K // J. Chem. Phys. 1994. V. 100. № 8. P. 5910.
  2. Loerting T., Salzmann C., Kohl I., Mayer E., Hallbrucker A. A Second Distinct Structural “State” of High-density Amorphous Ice at 77 K and 1 bar // Phys. Chem. Chem. Phys. 2001. № 3. P. 5355.
  3. Loerting T., Winkel K., Seidl M., Bauer M., Mitterdorfer C., Handle P.H., Salzmann C.G., Mayer E., Finneyd J.L., Bowron D.T. How Many Amorphous Ices Are There? // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. № 13. P. 8783.
  4. Tonauer C.M., Fidler L.-R., Giebelmann J., Yamashita K., Loerting T. Nucleation and Growth of Crystalline Ices from Amorphous Ices // J. Chem. Phys. 2023. V. 158. 141001.
  5. Stevenson K.P., Kimmel G.A., Dohnalek Z., Scott Smith R., Kay B.D. Controlling the Morphology of Amorphous Solid Water // Science. 1999. V. 283. P. 1505.
  6. Kimmel G.A., Stevenson K.P., Dohnalek Z., Scott Smith R., Kay B.D. Control of Amorphous Solid Water Morphology Using Molecular Beams. I. Experimental Results // J. Chem. Phys. 2001. V. 114. № 12. P. 5284.
  7. Faizullin M.Z., Vinogradov A.V., Tomin A.S., Koverda V.P. Nonstationary Nucleation (Explosive Crystallization) in Layers of Amorphous Ice Prepared by Low-temperature Condensation of Supersonic Molecular Beams // Int. J. Heat Mass Transfer. 2017. V. 108. P. 1292.
  8. Файзуллин М.З., Виноградов А.В., Томин А.С., Коверда В.П. Исследование процессов конденсации и кристаллизации при образовании газовых гидратов в сверхзвуковых струях // ТВТ. 2019. Т. 57. № 5. С. 769.
  9. Faizullin M.Z., Vinogradov A.V., Koverda V.P. Hydrate Formation in Layers of Gas-saturated Amorphous Ice // Chem. Eng. Sci. 2015. V. 130. P. 135.
  10. Sloan E.D., Koh C.A. Clathrate Hydrates of Natural Gases. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press, 2007. 752 p.
  11. Kvendolden K. Gas Hydrates–Geological Perspective and Global Change // Rev. Geophys. 1993. V. 31. № 2. P. 173.
  12. Hag B.U. Gas Hydrates: Greenhouse Nightmare? Energy Panacea or Pipe Dream? // GSA Today. 1998. V. 8. № 11. P. 1.
  13. Чернов А.А. Процессы кристаллизации. В кн.: Современная кристаллография. Т. 3. М.: Наука, 1980. С. 162.
  14. Suga H., Seki S. Thermodynamic Investigation on Glassy States of Pure Simple Compounds // J. Non-Cryst. Solids. 1974. V. 16. № 2. P. 171.
  15. Ghormley J.A. Enthalpy Changes and Heat-capacity Changes in the Transformations from High-surface-area Amorphous Ice to Stable Hexagonal Ice // J. Chem. Phys. 1968. V. 48. № 7. P. 503.
  16. Файзуллин М.З., Виноградов А.В., Коверда В.П. Свойства газовых гидратов, полученных неравновесной конденсацией молекулярных пучков // ТВТ. 2014. Т. 52. № 6. С. 852.
  17. Uhlmann D.R. A Kinetic Treatment of Glass Formation // J. Non-Cryst. Solids. 1972. V. 7. № 2. P. 337.
  18. Faizullin M.Z., Skokov V.N., Koverda V.P. Glass Transition and Crystallization of Water and Aqueous Solutions of Organic Liquids // J. Non-Cryst. Solids. 2010. V. 356. № 23–24. P. 1153.
  19. Torchet G., Schwartz J., Farges J., de Feraudy M.F., Raoult B. Structure of Solid Water Formed in a Free Jet Expansion // J. Chem. Phys. 1983. V. 79. № 12. P. 6196.
  20. Yakushev V.S., Istomin V.A. Gas Hydrate Self-preservation Effect. In: Physics and Chemistry of Ice / Eds. Maeno N., Hondoh T. Sapporo: Hokkaido Univ. Press, 1992. P. 136.
  21. Stern L.A., Circone S., Kirby S.H., Durham W.B. Ano-malous Preservation of Pure Methane Hydrate at 1 atm // J. Phys. Chem. B. 2021. V. 105. P. 1756.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Scheme of deposition of gas-saturated samples: 1 – copper substrate; 2 – liquid nitrogen; 3, 4 – capillaries for vapor and gas flows; 5 – measuring cell; 6 – sample; α, β – angles of deviation of vapor and gas flows from the normal to the substrate.

下载 (11KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Behavior of DTA thermograms during heating of ethane-saturated amorphous ice condensates formed by deposition of vapor and gas flows without the use of a supersonic nozzle (1) and during supersonic deposition (2); dashed curves – repeated cooling–heating cycle.

下载 (15KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Behavior of the tangent of the angle of the dielectric loss curves tgδ of amorphous ice layers saturated with ethane at different deposition angles of vapor and gas flows and a mass fraction of gas during deposition ω = 18%: 1 – α = β = 0°, 2 – 30°, 3 – 45°, 4 – 60°.

下载 (14KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Behavior of tgδ of amorphous ice layers saturated with ethane at α = β = 60° and different gas contents: 1 – ω = 0%, 2 – 7%, 3 – 18%, 4 – 36%, 5 – 54%.

下载 (15KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025