faasijakautumiseen

Faasijakautuminen on ilmiö, jossa yhden faasin seoksesta muodostuu erillisiä faaseja, joilla on erilainen koostumus ja ominaisuudet. Tämä tapahtuu, kun järjestelmän vuorovaikutukset tai olosuhteet muuttuvat sellaisiksi, että liukoisuus ei ole enää stabiili tai kun lämpötila ja koostumus vievät systemin epäyhteensopivaan tilaan.

Prosessille on kaksi päämuotoa: nukleaatio ja kasvu sekä spinodiaalinen jakautuminen. Nukleaatiossa syntyy pienhiukkasia, jotka kasvavat ja lopulta eriytyvät, kun taas spinodiaalinen jakautuminen tapahtuu, kun järjestelmä on epäyhteensopiva niin lähellä rajaa, että pienet koostumuksen muutokset johtavat suoraan järjestäytyneisiin rakenteisiin ilman selkeää nucleation-vaihetta. Jakautumisen nopeus ja kuviot riippuvat lämpötilasta, pitoisuudesta ja vuorovaikutuksista.

Teoreettisesti faasijakautuminen kuvataan usein termodynamiikan ja tasapainotilan kartoituksen kautta. Binodaalinen ja spinodaalinen rajapinta määrittelevät, missä seoksessa on tasapainoinen tila ja missä vaihe eriytyminen alkaa. Mallinnuksessa käytetään muun muassa Flory–Hugginsin teoriaa sekä Cahn–Hilliardin yhtälöitä, jotka kuvaavat sekä termodynaamista ajattelutapaa että kinetiikkaa ja kuviomuotoja.

Sovellukset kattavat polymeeriseokset, kolloidit sekä elintarvike- ja biolääketieteelliset järjestelmät. Faasijakautumista voidaan hallita lämpötilalla, paineella, koostumuksella tai lisäaineilla, jolloin voidaan saavuttaa haluttuja rakenteellisia ominaisuuksia, kuten nano- tai mikroskooppisia pienrakenteita.

Mittaaminen ja karakterisointi perustuvat mikroskopiaan, valosäteilyn mittauksiin sekä pienoislukutaajuisiin röntgen- tai neutroneja mittauksiin (SAXS/SANS). Dynamiikan seuraaminen tapahtuu esimerkiksi DLS-tekniikoin. Nämä menetelmät paljastavat faasien koon, muodon ja koostumuksen sekä jakautumisen kinetiikan.