The Role of Geometry on the Ease of Solidification Inside and Out of Cylindrical Nanopores
Notice bibliographique
Résumé
We investigated the role of a nanoporous particle on the formation of macroscopic solid in the framework of equilibrium thermodynamics and from the free-energy perspective. The model particle has cylindrical pores with equidistant circular openings on the particle surface. We focused on two potentially limiting steps: (i) the solid nucleation from liquid inside a single pore and (ii) the bridging of multiple pores on the particle surface. We examined the nucleation near the liquid-vapor meniscus inside a pore by considering different solid-vapor and solid-pore wall contact angles, as well as the liquid-vapor meniscus angles. For bridging, we quantified the effects of the proximity of neighboring pores and the number of participating pores where we considered two or three pores, placed two different distances apart, and three contact angles of the solid with the particle surface. Except in special cases where an analytical solution could be developed, we determined the equilibrium nucleus and bridge shapes numerically using the Surface Evolver code. The geometry of these equilibrium shapes was the key for correctly calculating the energy barriers. Our results indicate that the meniscus angle can be an important factor in reducing the barrier for nucleation if the internal angles of the solid nucleus satisfy a certain criterion. For the solid growth out of the pores, we found that the barriers were significantly lower in the presence of multiple, closely packed pores compared to the growth from a single pore. This paper is deliberately written with no reference to material properties or a specific process to highlight the generality of geometry-controlled barriers. A direct application where our findings can be particularly valuable is the ice formation in clouds, which is the subject of intensive research in atmospheric sciences for its role in influencing precipitation patterns and hence the climate.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».