Freezing of micrometer-sized liquid droplets of pure water evaporatively cooled in a vacuum

文献情報

出版日 2018-10-26
DOI 10.1039/C8CP05955A
インパクトファクター 3.676
著者

Kota Ando, Masashi Arakawa, Akira Terasaki


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要旨

Freezing processes are reported for pure-water droplets generated in a vacuum in the size range of 49–71 μm in diameter. The process is characterized for each size by measurement of a freezing curve, where the fraction of frozen droplets is evaluated as a function of time. The 49 μm droplet was found to freeze at a time between 7.0 and 7.9 ms after being generated at room temperature, where the fraction of frozen droplets increased from 5% to 95%; the freezing time was thus distributed statistically within 1 ms. The freezing time was retarded by about 3 ms as the size increases from 49 to 71 μm, while the rise time of the freezing curve was almost unchanged. Numerical simulation of a cooling curve, i.e., the temperature of a droplet as a function of time, revealed that the droplets in the present size range are frozen at almost the same temperature between 233 and 236 K. The freezing curves measured in the experiment were well reproduced by numerical simulation based on the simulated cooling curves combined with the temperature dependence of the volume-based homogeneous ice nucleation rates of pure water reported previously. It was also found that a droplet is disintegrated into a few fragments upon freezing, which suggests formation of a frozen shell in the outer region of a droplet.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
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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