supercoolingkykyä

Supercoolingkykyä tarkoittaa kykyä saavuttaa ja ylläpitää nestemäistä ainetta alhaisissa lämpötiloissa siten, että aine on jäähdytetty sen normaalin jäätymispisteen alapuolelle mutta ei silti ole kiteytynyt. Tila on metastabiili, ja pieni häiriö tai kiinteän pinnan kanssa tapahtuva kosketus voi laukaista kiteytyksen.

Perusmekanismi liittyy nukleaatioon: kiteytys alkaa, kun muodostuu pieni epäjärjestynyt rakenne, joka kasvaa ja muuttuu kiteeksi. Homogeeninen nukleaatio tapahtuu puhtaassa nesteessä ilman ulkoisia vaikutteita ja vaatii yleensä erittäin alhaisia lämpötiloja. Heterogeeninen nukleaatio hyödyntää epäpuhtauksia, kiinteitä pintoja tai sekoituksia, jolloin kiteytys alkaa helpommin. Puhtauden, liuoksen koostumuksen ja ajan vaikutus määrittävät, kuinka kauan nestemäinen tila voidaan säilyttää.

Esimerkkejä: Puhtaan veden nestemäisenä pysyminen voi olla mahdollista noin −40 °C:een asti, ennen spontaania kiteytymistä. Myös ammoniakki- tai alkoholi-pohjaiset liuokset voivat olla superkoolattuja. Ilmakehässä suuria määriä superkoolattuja vesipisaroita esiintyy kylmissä pilvissä, mikä vaikuttaa jääkerrosten muodostumiseen.

Sovellukset kattavat cryopreservaation eli biologisten näytteiden säilyttämisen alhaisissa lämpötiloissa, jäätymisen hallinnan ilmailussa ja teollisuudessa sekä elintarviketeollisuudessa, jossa tekstuurin ja rakenteen hallinta on tärkeää. Tutkimus pyrkii ymmärtämään nukleaatioiden kriteereitä ja kehittämään luotettavia keinoja hallita supercoolingkykyä.

Termiä käytetään monilla tieteenaloilla, ja se liittyy tämän metastabiilin tilan hallintaan nesteissä ja kiinteissä aineissa. Mittausmenetelmät kuten differensiaalinen skannauskalorimetria ja nukleaatio-nopeuden mittaus auttavat kuvailemaan ilmiön kestävyyttä ja toistettavuutta.