Войти
Сверхкритическая сушка (красная стрелка) выходит за пределы критической точки рабочего тела, чтобы избежать прямого перехода жидкость-газ, наблюдаемого при обычной сушке (зеленая стрелка) или двух фазовых переходов при сублимационной сушке (синяя стрелка). Сверхкритическая сушка, также известная как сушка критической точки, - это процесс точного и контролируемого удаления жидкости. Он используется в производстве микроэлектромеханических систем (MEMS), сушке специй, производстве аэрогеля, обеззараживании кофе и при подготовке биологических образцов для сканирующей электронной микроскопии.
Когда вещество в жидком теле пересекает границу от жидкости к газу (см. Зеленую стрелку на фазовой диаграмме ), жидкость превращается в газ с конечной скоростью, в то время как количество жидкости уменьшается. Когда это происходит в неоднородной среде, поверхностное натяжение жидкого тела действует на любые твердые структуры, с которыми жидкость может контактировать. Тонкие структуры, такие как клеточные стенки, дендриты в силикагеле и крошечные механизмы микроэлектромеханических устройств, имеют тенденцию разрушаться из-за этого поверхностного натяжения при перемещении перехода жидкость-газ-твердое тело.
Чтобы избежать этого, образец может быть доставлен двумя возможными альтернативными путями из жидкой фазы в газовую, не пересекая границу жидкость-газ на фазовой диаграмме. При сублимационной сушке это означает движение влево (низкая температура, низкое давление; синяя стрелка). Однако некоторые структуры разрушаются даже границей твердое тело – газ. С другой стороны, сверхкритическая сушка проходит по линии справа, на стороне высокой температуры и высокого давления (красная стрелка). Этот путь от жидкости к газу не пересекает никаких фазовых границ, а проходит через сверхкритическую область, где различие между газом и жидкостью перестает применяться. В критической точке сушки плотности жидкой фазы и паровой фазы становятся равными.
Фазовая диаграмма, показывающая сверхкритическую область (голубой) диоксида углерода. Жидкости, подходящие для сверхкритической сушки, включают диоксид углерода ( критическая точка 304,25 K при 7,39 МПа или 31,1 ° C при 1072 фунтах на квадратный дюйм ) и фреон (≈300 K при 3,5–4 МПа или 25–0 ° C при 500–600 фунтов на квадратный дюйм). Закись азота по своим физическим свойствам аналогична двуокиси углерода, но в ее сверхкритическом состоянии является мощным окислителем. Сверхкритическая вода неудобна из-за возможного теплового повреждения образца при его температуре критической точки (647 K, 374 ° C) и коррозионной активности воды при таких высоких температурах и давлениях (22,064 МПа, 3212 фунтов на квадратный дюйм).
В большинстве таких процессов сначала используется ацетон, чтобы смыть всю воду, используя полную смешиваемость этих двух жидкостей. Затем ацетон смывают жидкой двуокисью углерода под высоким давлением, которая является промышленным стандартом в настоящее время, когда фреон недоступен. Затем жидкий диоксид углерода нагревают до тех пор, пока его температура не превысит критическую точку, после чего давление может постепенно снижаться, позволяя газу выйти и оставить высушенный продукт.
