Direct Observation of the Vapor–Liquid Phase Transition and Hysteresis in 2 nm Nanochannels

磁滞 相变 化学物理 相(物质) 材料科学 气相 化学 纳米技术 热力学 凝聚态物理 有机化学 物理
作者
Qi Yang,Ran Bi,Debjyoti Banerjee,Hadi Nasrabadi
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:38 (32): 9790-9798 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.2c00590
摘要

The characterization of fluid phase transitions in nanoscale pores remains a challenging problem that can significantly affect various applications, such as drug delivery, carbon dioxide storage, and enhanced oil recovery. Previous theoretical and experimental studies have shown that the fluid phase transition changes drastically when the fluid is confined within nanocapillaries with dimensions of <10 nm, potentially due to the dominance of fluid-surface interactions compared to bulk effects. However, due to challenges in performing experiments at the nanoscale, there have been limited experimental observations of the phase transition at this scale. Recent advances in lab-on-a-chip (LOC) technology have enabled the observation of many nanoscale phenomena. In this study, for the first time, we present the direct observation and visualization of n-butane vapor-liquid phase transitions in a 2 nm slit pore using LOC technology. Our experiments, for the first time, measured and directly visualized the deviation of the vapor-liquid phase transition pressure in a 2 nm slit pore compared to the associated unconfined or bulk value. We also measured the liquid-vapor phase transition pressure and observed a significant difference from the vapor-liquid phase transition pressure. We complemented our experimental observations with grand canonical ensemble Monte Carlo molecular simulations to understand the underlying molecular-level mechanisms.

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