Heat and mass transfer through interfaces of nanosized bubbles/droplets: the influence of interface curvature

文献情報

出版日 2014-03-31
DOI 10.1039/C4CP00607K
インパクトファクター 3.676
著者

Øivind Wilhelmsen, Dick Bedeaux, Signe Kjelstrup


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要旨

Heat and mass transfer through interfaces is central in nucleation theory, nanotechnology and many other fields of research. Heat transfer in nanoparticle suspensions and nanoporous materials displays significant and opposite correlations with particle and pore size. We investigate these effects further for transfer of heat and mass across interfaces of bubbles and droplets with radii down to 2 nm. We use square gradient theory at and beyond equilibrium to calculate interfacial resistances in single-component and two-component systems. Interface resistances, as defined by non-equilibrium thermodynamics, vary continuously with the interface curvature, from negative (bubbles) to zero (planar interface) to positive (droplet) values. The interface resistances of 2 nm radii bubbles/droplets are in some cases one order of magnitude different from those of the planar interface. The square gradient model predicts that the thermal interface resistances of droplets decrease with particle size, in accordance with results from the literature, only if the peak in the local resistivity is shifted toward the vapor phase. The curvature will then have an opposite effect on the resistance of bubbles and droplets. The model predicts that the coupling between heat and mass fluxes, when quantified as the heat of transfer of the interface, is of the same order of magnitude as the enthalpy change across the interface, and depends much less on curvature than the interface resistances.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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