Узо на 3 фазы: Трехфазное УЗО – назначение, устройство, как работает. Принцип работы трехфазного УЗО

Для предотвращения возгорания проводки, защиты от непрямого/прямого касания к токопроводящим элементам служит УЗО. В отличие от предохранителей, этот коммутационный прибор срабатывает даже при малом токе, однако ни в коем случае не заменяет автомат, монтируется в цепь дополнительно после него, прибора учета электроэнергии.

Установка УЗО в однофазную сеть

Для незначительно разветвленной проводки внутри небольшой квартиры с новыми кабелями УЗО обычно устанавливают после счетчика по схеме:

• фаза к групповому автомату
• нуль к соответствующей шине

Основным достоинством является монтаж прибора в электрощит. Одно УЗО обходится значительно дешевле, автоматы подключаются к фазе «гребенкой», все нули после прибора сведены в общую шину. Недостаток заключен в обесточивании квартиры при сработке, наличии ложных отключений, долгих поисках причины.

Более универсальна следующая схема:

• разбивка потребителей на группы
• монтаж отдельного УЗО для каждой из них

Внимание: Нулевые проводники после отдельных УЗО запрещено объединять, чтобы избежать ложных отключений.

Подключение УЗО в трехфазную сеть

Поэтому на отходящих однофазных линиях монтируются 2-хполюсные УЗО, монтаж которых рассмотрен выше. Они реагируют на токи 10 – 30 мА, служат для сохранения здоровья пользователей. Каждое УЗО в обязательном порядке защищается автоматом, нейтрали выводятся на отдельную колодку. Для проверки правильного подключения на каждом приборе имеется клавиша теста, создающая искусственную утечку тока.

Ошибки подключения

При установке коммутационного прибора домашним мастером сказывается отсутствие практики, специального образования. Чаще всего встречаются ошибки подключения УЗО:

• в цепи, к которой подключается прибор, N-проводник соединен с РЕ либо открытыми частями электроустановки – в перемычке постоянно присутствует дифференциальный ток, вызывающий частые ложные срабатывания
• от нескольких УЗО «нули» перепутаны – при тестировании ошибок не возникает, однако срабатывают сразу два прибора, если в любую цепь включается потребитель
• в цепях защиты разных УЗО запараллелены нейтрали – в отсутствие нагрузки схема рабочая, при включении нагрузки на любом участке происходит сработка сразу двух коммутаторов
• электроприбор подключен перед УЗО к проводнику N – постоянное срабатывание прибора
• нагрузка подключена к N нейтрали второго УЗО – срабатывание любого прибора в случайной последовательности
• монтаж четырехполосного УЗО в однофазную цепь – при тестировании прибор может не срабатывать в зависимости от схемы внутренних соединений
• снизу подключен ноль, сверху фаза – чаще всего ситуация встречается в щитках, сработка происходит при подключении нагрузки ввиду одинакового направления токов

Внимание: Значение номинального тока УЗО следует брать выше на ступень в сравнении с автоматическим выключателем. В противном случае при длительном прохождении повышенного тока резко снижается ресурс, надежность коммутационного устройства.

Таким образом, рассмотрены варианты подключения УЗО в существующие одно-, трехфазные сети, акцентировано внимание на возможных ошибках монтажа. Это поможет повысить эксплуатационный срок, надежность приборов защиты.

Метки:

Как подключить УЗО в трехфазной сети правильно

3-х фазное УЗО, как правило, имеет 4 полюса и занимает ширину 4 стандартных модулей на din-рейке. Обычно такие устройства не используются в квартирах. В основном они находят свое применение на дачах, в частных домах или гаражах. Этот аппарат устанавливается в распределительном щитке. В его функции входит защита проводки от воспламенения или замыкания. Порог срабатывания аппарата рассчитан на большие токи. В практике он используется и при подключении электродвигателя.

Как подключить УЗО в трехфазной сети: нюансы

Перед началом установки устройства важно ознакомиться с цветовым обозначением проводов. Согласно ПУЭ, маркировка бывает такой, как показано на картинке ниже.

УЗО может подключаться, в зависимости от схемы, с использованием 3-х или 4-х полюсов. Первый вариант применяется в основном при подсоединении электродвигателя. В крайне редких случаях возможно использование и 2-х полюсов. Оборудование, которое будет впоследствии устанавливаться может быть 3-х фазным или однофазным. Для этого случая реализуются различные схемы подключения.

Как правильно подключить трехфазное УЗО по «треугольнику»

Вначале разберем, как подключить УЗО 3-фазное с использованием 3-х полюсов. Выше упоминалось, что такая схема применяется при установке электродвигателей. Этот тип подключения дает полный контроль утечек тока на корпус. Как показано ниже, нейтральная клемма оказывается незадействованной. В схеме «треугольник» используются только фазные провода. Принцип работы трехфазного УЗО ничем не отличается от однофазного.

Как правильно подключить УЗО на 3 фазы с 4-мя полюсами 

Второй вариант подключения устройства применяется в жилых или нежилых помещениях с напряжением 380 В. Также может использоваться и для защиты некоторых электродвигателей. Неплохо в данном случае зарекомендовал себя Legrand DX3-E УЗО 4P 25A 30MA.

Отличие схемы подключения трехфазного УЗО от однофазного заключается в численности подключаемых и отходящих проводов. Чтобы произвести монтаж и правильно подсоединить проводники к нужным клеммам особых знаний не требуется, но все же необходимы элементарные навыки в этой сфере (умение отличить фазу от нейтрали). Нулевой подключается к специально предназначенной для него клемме, которая обычно располагается чуть выше рычага взведения.

Провода, выходящие из противоположных клемм, подсоединяются к распределительной системе. Каждая фаза в сочетании с нулевым проводом, может обеспечивать группу однофазных потребителей (220 В). В такой сети нужно предусмотреть монтаж соответствующих УЗО. В этом случае будет логичен вопрос: как подключить 3 УЗО на 3 фазы. Ниже приведена схема, которая реализует данную задумку. Обычно они устанавливаются в местах повышенной влажности или в комнатах с большим числом электроприборов.

Монтаж трехфазного УЗО проводится в щитке на дин-рейке, после счетчика. Один такой аппарат способен контролировать ток в трех однофазных сетях. Одно важное напоминание: эксплуатация устройства возможна только в системах TN-S. В такой схеме проводки предусматривается нулевой защитный и рабочий проводник. Как правило, отечественные электросети функционируют по системе TN-C, где нет PE. Перед тем как купить УЗО, важно знать, что подключение четырехполюсного аппарата по такой схеме категорически запрещено. В этом случае ПУЭ разрешает использовать трехфазное устройство защиты, если предусмотрено заземление дома. Для этого, нужно обустроить контур «земли», который позволит перейти на систему TN-C-S. Надеемся, что наша статья помогла вам решить вопрос относительно того, как подключить трехфазное УЗО.

Всем желающим приобрести электротовары предлагаем ознакомиться с продукцией, представленной в нашем Интернет-магазине. Здесь цена на УЗО IEK в Москве одна из самых привлекательных.

Трехфазное УЗО: разновидности и принцип работы

Данное электротехническое оборудование применяется в промышленных условиях. Подключение трехфазного УЗО на производстве позволяет предохранить не только поражения электричеством работников, но и служит средством предупреждения пожаров (это основное его предназначение). Обеспечить безопасные условия труда поможет устройство с подходящими характеристиками.

Правильно подобранное по назначению защитное устройство, позволит избежать возникновения ряда аварийных ситуаций.

Разновидности УЗО и его принцип работы

Выпускается 2 типа защитных устройств. Это электромеханическое и электронное оборудование. По принципу действия они идентичные. Основным различием и преимуществом электромеханического прибора является:

• работа без подачи на прибор электроэнергии;
• простота, надежность схемы изделия.

Ток утечки при повреждении изоляции и касания оголенного участка вызывает срабатывание защиты – это принцип действия каждого типа прибора.

Устройство с электронной схемой, устанавливается с подведением питания. Основой его работы является в создании импульса на исполняющее реле при утечках.

Но при отключении питания на обслуживаемом участке цепи, прибор не сможет работать, потому что на него не подается ток. Происходят сбои в работе электронного типа узо в трехфазной сети при сильных морозах.

Поэтому используются такие приборы редко, хотя цена их ниже, чем на электромеханические устройство защиты.

Алгоритм одинаковый для работы всех видов приборов

В разных направлениях по проводникам протекают ток фазы и ноль. При этом происходит возбуждение 2 магнитных потоков в сердечнике защитного устройства. Потоки, как бы поддерживают равновесие системы, обеспечивая нулевое значение ЭДС.

При касании человеком оголенного провода, или утечке с нарушенного участка изоляции тока, соответствующему величине срабатывания устройства — прибор размыкает трехфазную цепь. Магнитный поток, возникающий в сердечнике, приводит в действие защелку группы контактов. Так работает каждое защитное устройство.

Каждое трехфазное узо оснащается кнопкой «Тест». Не реже 1 раза в месяц, необходимо проводить проверку исправности прибора. Нажимая на нее, вызываем искусственную утечку тока. Прибор должен среагировать на угрозу. При неисправности, выполняется работа по установке нового прибора.

Что такое УЗО, почему его устанавливают?

Для начинающих электриков, необходимо понимать и знать ответы на эти вопросы, перед выполнением работ:

1. Автомат защитного отключения и Узо – это 2 разных устройства.
2. Дифференциальный автомат abb – это автоматическая защита от пика напряжения и устройство защитного отключения в одном корпусе.
3. Автомат защищает человека и бытовые приборы от критических нагрузок и тока КЗ.
4. Установка устройства защиты, предохраняет здоровье человека при утечках тока.
5. При установке гальванического трансформатора после защиты, работа в таких условиях, чревата аварией.
6. По назначению, устройство работает как заземление, но оно не может его заменить, полностью исключив возможность нанесения ущерба при попадании молнии.
7. Некоторые устройства, по своим особенностям, не могут работать в цепи с защитным устройством. Опытный электротехник сможет исправить эту ситуацию.
8. Никакая защита не спасет глупого человека, прогуливавшего уроки физики, если он закоротит собою цепь. Если взяться за провода фазы и земли и ощутить на себе влияние электрического тока – в такой ситуации не сработает ни одна защитная установка. Помните, так делать нельзя!
9. При преимуществе системы abb продолжается установка всех видов защиты. Происходит это по нескольким причинам, а именно из-за его высокой цены. Еще одна причина – при срабатывании такого устройства необходимо будет определить причину, связанную с отключением.

Главное, о чем нужно помнить – трехфазные устройства защитного отключения применяют для предотвращения пожаров на промышленных объектах. Сила тока для такого оборудования составляет 100 – 300 мА.

Схема работы трехфазного устройства без нулевого провода

Подключение узо для трехфазной сети, для предохранения от утечки тока на синхронном электродвигателе, можно проводить без ноля. При этом соединение обмоток осуществляется по схеме звезда или треугольник без нейтрали. Суммируя показатели токов на фазах, мы видим, что они не могут вызывать включения в работу УЗО, из-за своей небольшой величины.

При возникновении аварийной ситуации, когда происходит утечка на фазах, ток проходит на землю через корпус. При этом возникает движение потока через трансформатор прибора, происходит срабатывание защиты.

Величина напряжения трехфазного тока 380 В, а на однофазном приборе 220. Разница немаленькая. Возможно, ли установить трехфазное узо в однофазную сеть? Если производителем была предусмотрена такая возможность, то да.

Самое главное, чтобы была гарантированна нормальная работа цепи тестов напряжениях, величиной соответствующей принятым нормам. Особенно это правило важно исполнять при установке электронного прибора защиты.

Какой прибор лучше установить и как его подключить?

При установке дифференциального автомата abb, экономится место в щитке и на проводах при разводке. Он предохраняет сразу от нескольких неисправностей. Короткое замыкание и пиковые значения тока (работа автомата отключения сети) и недопущение пожара и поражения током при утечке.

При этом качественный дифавтомат abb, может стоить намного дороже, чем 2 отдельных, качественных прибора (автомат и УЗО).

На трехфазных приборах защиты имеются по 4 клеммы для подводящей группы и идущей к потребителям тока. Поэтому при установке он будет не менее 7 крепежных ячеек в электрическом щитке. Закрепляется прибор с помощью специальных защелок, вставляемых в пазы электрощита.

На подводящие верхние клеммы закрепляем приходящие к щиту кабели. От нижних отводим проводку к оборудованию. Провода в клеммах закрепляются с помощью поджимных винтов. Самое главное — подсоединять провода так чтобы не перепутать фазу и ноль. Это может привести к тяжелым последствиям.

Проверив правильность монтажа, можно произвести пробное включение сети.

Схема подключения узо достаточно проста. С этой работой справится новичок, но лучше использовать при выполнении работ несколькими нашими советами.

Для того чтобы правильно работала система защиты, сразу за защитным автоматом, необходимо подключить УЗО.

Следует всегда помнить о том, что устройство защитного отключения никогда не сможет заменить заземления и наоборот. При этом никакой автомат, служащий для предохранения от токов КЗ, никогда не заменит УЗО и не предохранит человека от последствий утечек тока.

Устройство, со значением свыше 30мА не сможет защитить человека от поражения электротоком. Такой прибор устанавливают для предохранения здания от пожара при утечках тока.

Выбирают защиту согласно следующим характеристикам:

• Выбор определяется по особенностям прибора. Следует напомнить, что лучшим вариантом является электромеханический тип прибора.
• Подбор, производят согласно мощности прибора, учитывается время прекращения подачи энергии.
• Определенный нагрузочный ток требует установки различных устройств.
• Определитесь, готовы ли вы платить за возможности, которые и не нужны. А еще подумайте – стоит ли переплачивать за имя фирмы производителя.

Большинство все брендовой продукции выпускается на территории Китая. Иногда, заводы производители известной марки, не догадываются о том, что его продукция выпускается на рынок. А весь остальной ассортимент производится в районах мира, с низким уровнем жизни. Но даже здесь можно попасть на некачественный товар.

Провод заземления не должен отходить к заземляющему контуру, за установленным устройством защитного отключения. Он не может располагаться в зоне ответственности УЗО. Поэтому он включается в электрическую цепь обязательно перед защитой.

Следите за правильностью подключения проводов, согласно электрической схеме. Как правило, она находится на одной из поверхностей сторон прибора.

Выполнив все эти требования и правила, вы получаете надежную и безотказную защиту от утечек электрического тока.

Схема подключения четырехполюсного УЗО в трехфазной сети с использованием нейтрали

Здравствуйте, уважаемые гости сайта заметки электрика.

Продолжаю серию статей о схемах подключения УЗО.

И сегодня мы с Вами разберем детально схему подключения четырехполюсного УЗО в трехфазную сеть с использованием нейтрали.

Данная схема является также самой распространенной схемой подключения УЗО.

Принцип подключения остается таким же, как в однофазную сеть, только вместо двухполюсного УЗО используется четырехполюсное.

Четыре приходящих провода (фазы А, В, С и ноль) подсоединяем к УЗО, согласно схеме подключения.

Схема подключения фазных (А, В, С) и нулевого проводников

Еще раз повторю Вам, что данную схему Вы можете найти либо в техническом паспорте на УЗО, либо на корпусе самого УЗО.

Схемы подключения УЗО, как двухполюсных, так и  четырехполюсных, разных производителей могут отличаться расположением нулевой клеммы, либо слева, либо справа. Подключение фазных проводников роли не играют, необходимо лишь правильно подключить соответствующие входы и выходы.

Схема подключения УЗО. Трехфазная сеть.

Четырехполюсные трехфазные УЗО выпускаются на большие токи утечки, которые служат только для защиты от пожаров электропроводки.

Чтобы выполнить защиту от поражения электрическим током людей, необходимо на отходящих линиях (группах) установить двухполюсные однофазные УЗО с уставкой по току утечки равной 10-30 (мА).

А также не забываем перед каждым УЗО устанавливать автоматический выключатель — для его же защиты.

Схема подключения четырехполюсного трехфазного УЗО

Схема подключения четырехполюсного УЗО в трехфазную сеть. Пример электропроводки квартиры.

Еще хочу заметить, что используя данную схему подключения, мы можем защитить как трехфазную сеть, так и три разных однофазных сети. Но при этом необходимо, чтобы нули каждой отдельной сети были подключены непосредственно к выходной клемме «N» УЗО.

На схеме ниже это все наглядно видно.

Использование четырехполюсного УЗО для разных однофазных сетей

Конечно каждый электромонтер может выполнить электромонтаж в разных исполнениях, но я Вам рекомендую выполнить подключение нулей разных однофазных сетей через нулевую шинку, которая легко устанавливается на DIN-рейке прямо в квартирном щитке.

В завершении статьи о схеме подключения четырехполюсного УЗО в трехфазную сеть с использованием нейтрали, хочется напомнить Вам соблюдать правильное подключение фазных и нулевого проводников, а также соблюдать цветовую маркировку проводов.

P.S. Надеюсь, что данная статья была Вам полезна. С уважением, Дмитрий. 

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:

назначение, критерии выбора и особенности установки

На чтение 6 мин Просмотров 385 Опубликовано 07.06.2019 Обновлено 27.05.2019

В связи с массовым использованием электрических приборов в быту и на производстве появляется потребность в защите человека от поражения током. Трехфазное УЗО – специальное устройство, реализующее данную функцию. Указанный агрегат необходимо подключать, используя особые схемы, что будет гарантировать эффективность его работы.

Назначение и принцип действия

3-фазное УЗО предназначено для выравнивания тока, который проходит через фазный и нулевой провод. При отсутствии аварийных ситуаций указанные величины равны. Стабильная работа электрических приборов возможна, поскольку встречные потоки в обмотках компенсируют друг друга. При возникновении аварийных ситуаций устройство защиты производит отключение питания электроприборов. Это наблюдают при нарушении изоляции проводов, что провоцирует утечку заряженных частиц. В результате токи, проходящие по нейтрали и фазному проводу, будут иметь разные значения.

В каждом доме может случиться ситуация, когда электрический ток пробивает на корпус стиральной машины или водонагревателя. Когда потенциал станет перетекать на пол, среагирует 3-х фазный УЗО и отключит питание приборов. Поэтому при использовании данного защитного автомата, можно быть уверенным в своей безопасности.

Подключение УЗО актуально для мощных электроприборов в кухне и в ванной. На их металлическом корпусе собирается конденсат, что в комплексе образует потенциальный проводник электричества.

Хорошо, когда защитное отключение присутствует на розетках, светильниках и маломощных бытовых приборах. При возникновении аварийных ситуаций указанные потребители несут не меньшую опасность для человека.

Критерии выбора трехфазного УЗО

Принцип работы всех УЗО в трехфазной сети одинаковый, но данные устройства отличаются конструкцией и эксплуатационными характеристиками. Поэтому при покупке конкретной модели необходимо учитывать много нюансов.

Чувствительность

Главный эксплуатационный параметр УЗО 3 фазы, отображающий период времени, через который сработает защита. Оптимально, когда чувствительность устройства составляет 0,025 с. За это время электрический ток не успеет вызвать остановку сердца у человека.

УЗО может работать с дополнительным источником питания или без него. В первом случае он непосредственно принимает участие в процессе размыкания электрической цепи. Наличие данного механизма повышает стоимость прибора, но и увеличивает его чувствительность.

При отсутствии дополнительного источника питания УЗО срабатывает, реагируя на дифференциал магнитного поля.

Дифференциал тока

УЗО, предназначенные на 3 фазы, способны регулировать значение дифференциального тока, при котором оно срабатывает. При отсутствии данной функции приборы стандартно реагируют на 5 мА. Такой показатель тока явно указывает на присутствие аварийной ситуации и на потребность в отключении подачи электричества.

Количество клемм

Для трехфазной сети обязательно покупать 4-полюсные УЗО. Они оснащаются 8 клеммами для подсоединения входных и выходных кабелей. Три пары предназначены для подключения рабочей фазы, одна – нуля.

Количество ампер

Чтобы устройство защитного отключения функционировало при любом токе, необходимо выбирать модель, где число ампер существенно выше, чем у автомата.

На рынке присутствуют универсальные модели. Они предоставляют возможность подключения нескольких сетей одновременно. Несмотря на такое преимущество, подобные агрегаты имеют много недостатков. Они менее чувствительны, характеризуются сложной схемой подключения, стоят дороже. Такие модели подойдут для предприятий, но не для частного использования.

Подготовка к подключению

Правильно выполненные подготовительные и монтажные работы обеспечат стабильное функционирование УЗО.

Схемы подключения к трехфазной сети

При установке УЗО используют следующие рабочие схемы:

• Полное отключение электроцепи. Один агрегат имеет возможность обесточить всех потребителей электроэнергии при возникновении аварийной ситуации.
• Частичное отключение приборов. При появлении аварийных ситуаций обесточиваются только некоторые потребители.

Первая схема подключения используется в многоквартирных домах. Монтаж устройства осуществляется около счетчика электроэнергии. Если УЗО сработает, обесточивается целый дом.

При использовании второй схемы защитный механизм устанавливают на отрезке электрической проводки, идущей к конкретной комнате. Поскольку все приборы последовательно подключены к цепи, при срабатывании УЗО только «проблемный» потребитель отключится, а другие продолжат свое функционирование.

Второй вариант схемы может реализовываться иным способом. Точкой монтажа УЗО становится начало последовательного подключения к разводке, что позволяет реализовать селективное срабатывание агрегата на определенные группы потребителей. Также защитный механизм можно установить непосредственно перед выходным устройством.

Необходимость наличия заземления

Старые электросети относятся к системе tn-c, где отсутствует нулевой проводник для включения заземления. В этом случае защиту необходимо предусмотреть отдельно для дома или оборудования, что обеспечивает безопасный отвод токов. При отсутствии заземления ставить 4-х полюсный УЗО запрещено.

Правильная схема подключения к электрической сети предусматривает соблюдение следующих правил:

• Заземляющая жила соединяется только с выходным кабелем. Подключение напрямую УЗО недопустимо.
• При наличии однофазной сети нельзя использовать четырехполюсное устройство.
• Подключение к сети типа Б3 запрещено.

Заземляющая жила является отдельным элементом. Отсутствие дополнительных клемм в УЗО на ее подключение только свидетельствует об этом.

Подсоединение устройства защитного отключения

Выполнить монтаж УЗО несложно, владея базовой информацией о работе электрооборудования. К каждому устройству производитель прилагает технический паспорт. В нем указываются рекомендуемые схемы подключения, которые нужно использовать во время установки.

Поиск нулевой фазы

Определить нулевую фазу очень просто опытным путем. Нужно взять два провода и подсоединить их к концам патрона лампочки. Ее загорание наблюдают, если она подключена к фазе. В остальных случаях ничего не произойдет.

Подключение лампочки к двум фазам одновременно разрешается осуществлять на короткий промежуток времени. Замыкать такую цепь также можно лишь на небольшой период. Иначе существует высокая вероятность срабатывания автоматического выключателя.

Подключение фазы

Если удалось найти ноль, необходимо сразу выполнить его присоединение к соответствующим клеммам. Оставшиеся три провода являются рабочими фазами. Они подсоединяются любым удобным способом, что никак не влияет на функционирование УЗО.

После завершения монтажа необходимо проверить работоспособность системы. Для этого запускается тестер, который входит в стандартную комплектацию прибора.

Подсоединение выходных устройств

Подключение нескольких розеток к одному УЗО происходит только параллельным способом. Чтобы осуществить это, каждую жилу разделяют на нужное количество проводов. Если не придерживаться такой схемы монтажа, прибор не сможет полноценно работать и срабатывать при возникновении аварийных ситуаций.

Ошибки при выполнении монтажа УЗО

Чтобы обеспечить стабильную и безопасную работу электросети, необходимо избегать следующих ошибок:

• Входные клеммы УЗО подключаются к сети после специального автомата. Прямое присоединение категорически запрещено.
• Необходимо правильно подключить и не перепутать нулевые и фазные контакты. Для облегчения этой задачи на корпусе устройств присутствуют специальные обозначения.
• При отсутствии заземляющего проводника категорически запрещено заменять его проводом, накинутым на водопроводную трубу или радиатор.
• При покупке устройств обращают внимание на их основные рабочие характеристики, величины токов. Если линия рассчитана на 50 А, прибор должен иметь минимум 63 А.

При выполнении монтажа крайне важно соблюдать правила электробезопасности. Перед началом установки УЗО обесточивают сеть. Перед запуском устройства проверяют правильность монтажа элементов системы.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Эффект Узо под увеличительным стеклом

Налейте воды в стакан с узо или пастис, и напиток изменится с прозрачного на молочный: это хорошо известный «эффект узо». Но что произойдет, если вы просто поместите каплю узо на поверхность и подождете? Ученые из группы Физики жидкостей Университета Твенте изучили происходящие явления, они различают четыре «жизненные фазы» капли, продолжительностью не более четверти часа.Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) от 14 июля.

Узо – прозрачный алкогольный напиток, состоящий из воды, спирта и анисового масла. Растворимость масла зависит от водно-спиртового отношения. Добавление воды в жидкость снижает растворимость масла. Масло начинает формировать наноразмерные капли (зародышеобразование), которые, в свою очередь, образуют более крупные микрокапли, рассеивающие свет.В этот момент жидкость имеет известный молочный вид.

Быстрое движение

Просто поместив каплю узо на гидрофобную поверхность, это явление также можно изучить. Сначала капля прозрачная. Но спирт, будучи самым летучим компонентом, начинает испаряться первым, оставляя в капле относительно больше воды. Предпочтительно спирт испаряется на краю капли: именно там и возникает эффект узо. Внутри всей капли начнется быстрое движение.Эта конвекция вызвана различиями в поверхностном натяжении. «Эффект Марангони» можно также наблюдать, когда «слезы» портвейна образуются внутри бокала. Вызванный быстрым движением, эффект узо, начавшийся на ободке, будет распространяться по всей капле. До тех пор, как и ожидалось, форма капли остается сферической.

Снова прозрачный

Это замечательно меняется, когда масло начинает двигаться к ободу и показывает угол между сферой и поверхностью: капли вместе образуют кольцо (за счет слияния) на внешней стороне капли.Спустя время весь спирт испарился, и жидкость снова стала прозрачной. Вода тем временем тоже испаряется, заставляя кольцо расти к центру капли, оставляя только каплю анисового масла в конце. Эти четыре фазы проходят в течение четверти часа при комнатной температуре.

Первые три фазы, включающие всю сложную физику внутри капли, не занимают много времени: в течение двух минут спирт испаряется, начинается быстрое движение, а также изменение формы, вызванное масляным кольцом.Остальное испарение до тех пор, пока не останется лишь крошечная капля анисового масла, занимает около двенадцати минут.

Жидкостно-жидкостная экстракция

Используя механизмы разделения, происходящие в тройной смеси, такой как узо, можно найти наилучшие условия для извлечения одного из компонентов, например: экстракция жидкость-жидкость. Это может применяться, например, в медицинской диагностике.Кроме того, процесс испарения можно контролировать, создавая поверхности с различными гидрофобными свойствами. Исследование также влияет на такие методы, как струйная печать и 3D-печать с использованием сложных жидкостей.

Кроме того, результаты дают новое понимание поведения жидкостей, используемых в энергетических технологиях и катализаторах. Группа специалистов по физике жидкостей профессора Детлефа Лозе принимает участие в голландском национальном проекте Multiscale Catalytic Energy Conversion (MCEC).

Ссылка : Эффект Узо под увеличительным стеклом (2016, 14 июля) получено 24 июля 2021 г. с https: // физ.org / news / 2016-07-ouzo-effect-magnifying-glass.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Лимончелло и наука об эмульсиях

Как сделать так, чтобы масло и вода оставались смешанными? Интерес ученого к лимонному ликеру показал, как это сделать – с некоторыми многообещающими промышленными применениями.

Бутылки Лимончелло для продажи на Капри, Италия
Хорхе Роян / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Лимончелло, ароматный итальянский ликер из лимонов, становится все более популярным во всем мире. Этот сладкий и цитрусовый дижестив является культовым элементом итальянской кулинарной культуры, но также представляет собой сложную коллоидную систему, состоящую из эфирных масел, этанола, сахарозы и воды.

Как итальянский химик, работающий в Institut Laue-Langevin (ILL) ^w1 , мне было любопытно узнать, что передовая технология ILL может рассказать об этой сложной системе.Итак, ранее в этом году мы с моими коллегами подали заявку на получение лучевого времени для проведения небольшого исследования, и оказалось, что лимончелло не только вкусный, но и обладает некоторыми довольно специфическими научными характеристиками.

Что такое лимончелло?

В традиционном рецепте лимончелло цедру цитрусовых (полученную путем соскабливания внешней части цедры лимона) мацерируют в спирте (этаноле) в течение нескольких недель. Цедра содержит большинство эфирных масел лимонов, что придает ликеру характерный вкус и цвет.Затем этанол и лимонный экстракт смешивают с сахарным сиропом. Лимончелло обычно содержит около 30% спирта и около 20% сахарозы (сахара) по объему, но, поскольку лимончелло часто делается дома, метод приготовления и окончательный состав варьируются от семьи к семье.

Рисунок 1: Структура
лимонена
Никола Граф

Эфирные масла, столь важные для вкуса лимончелло, находятся в небольших карманах кожуры цитрусовых, которые лопаются и излучают типичный сильный запах, который мы замечаем при чистке таких фруктов.Эти эфирные масла имеют очень сложный состав: идентифицировано более 60 различных молекул, основными компонентами которых являются органические молекулы, называемые монотерпенами. В лимонах наиболее распространенным компонентом является лимонен (рис. 1).

Лимончелло производится путем смешивания двух растворов: спиртового экстракта, содержащего масла, и водного раствора сахарозы. Каждое из этих стартовых решений полностью прозрачно; Однако сам лимончелло «мутный» с мутным, непрозрачным видом.Мутные системы пронизывают повседневную жизнь: другие примеры включают кристаллы льда в облаках, капли жира в молоке и водоросли в пруду. Все эти различные системы содержат частицы или капли размером в сотни нанометров, что сравнимо с длиной волны видимого света. Именно эти «неоднородности» – крошечные количества твердого или жидкого взвешенного в текучей среде – придают этим системам мутный вид.

«Эффект узо»

Так откуда же взялось помутнение лимончелло? Вода и этанол полностью смешиваются (растворимы друг в друге), как и лимонен и этанол, но лимонен и вода почти не смешиваются.В лимончелло эта комбинация трех жидкостей спонтанно производит «эмульсию»: суспензию крошечных капелек одной жидкости в другой. Однако это происходит только в некоторых определенных диапазонах композиции (см. Текстовое поле).

Это явление самопроизвольного образования эмульсии называется «эффектом узо», по названию известного средиземноморского напитка узо, который сразу же мутнеет при смешивании с водой, образуя эмульсию. Действительно, с научной точки зрения узо очень похоже на лимончелло, поскольку оно сделано из воды, этанола и ароматического компонента анетола, который, как и лимонен, хорошо растворяется в этаноле, но лишь слабо растворяется в воде.

В отличие от этих систем узо, типичные эмульсии требуют очень больших затрат энергии, таких как встряхивание и перемешивание, необходимые для приготовления эмульсии, которую мы называем майонезом. Еще одно очень важное отличие узо-систем от классических эмульсий – отсутствие каких-либо стабилизаторов.Например, майонез готовят путем эмульгирования растительного масла с водой, содержащейся в яичном желтке. Процесс долгий и утомительный, и он требует значительного количества энергии, обеспечиваемой энергичным встряхиванием и перемешиванием, чтобы заставить две жидкости смешаться с образованием эмульсии. Лецитин и белки, содержащиеся в яичном желтке, также необходимы для стабилизации эмульсии.

Так почему же системы узо важны вне кухни? В эмульсиях происходят некоторые важные промышленные процессы – например, полимеризация, когда небольшие молекулы (мономеры) объединяются с образованием больших макромолекул или полимеров.Здесь часто создаются эмульсии, чтобы максимально приблизить реагенты, чтобы реакция могла протекать быстро. Если такие эмульсии образуются спонтанно (как в лимончелло), требуя очень небольшого количества энергии, если таковая имеется, это, очевидно, делает процесс более эффективным и устойчивым. Кроме того, полимерный продукт необходимо извлекать из реакционной среды в конце реакции, что часто является наиболее сложной стадией всего процесса. Однако, если система не содержит стабилизаторов, экстракция полимера и катализаторов намного проще, поскольку компоненты могут легко разделиться, как только эмульсионная композиция больше не существует.Еще одно широко используемое применение эмульсий – пестициды, чтобы эти нерастворимые в воде продукты можно было разбавить и разложить по полям. Использование эмульсии узо-типа также позволит избежать распространения ненужных поверхностно-активных веществ, которые часто вредны для окружающей среды.

Лимончелло на микроуровне

Инструмент SANS D11 в ILL, который был
, использовался для исследования лимончелло
A Chezière / ILL

Как уже упоминалось, то, как лимончелло рассеивает свет, весьма красноречиво свидетельствует о структуре жидкости на микроскопическом уровне.Использование излучения с более короткой длиной волны, рентгеновских лучей или нейтронных пучков позволяет нам более подробно рассмотреть структуры и взаимодействия внутри этой жидкости, и в еще меньшем масштабе.

Мы надеялись использовать оборудование для рассеяния нейтронов в ILL, чтобы увидеть, что они могут рассказать нам о лимончелло – и, к счастью, нам было выделено время на канале малоуглового рассеяния нейтронов (SANS). Целью нашего исследования было выяснить, откуда берется необычайная стабильность лимончелло. С этой целью мы исследовали ликер в различных условиях: при добавлении воды к спиртовому экстракту; при разных температурах; и при разных концентрациях сахарозы (Chiappisi & Grillo, 2018).Нейтроны чувствительны к изотопному составу системы и очень по-разному взаимодействуют с двумя стабильными изотопами водорода: протием, ¹ H (нормальный водород), и гораздо более редким дейтерием, ² H. эфирное масло было извлечено из лимона, купленного на местном рынке (таким образом, содержащего в основном ядра протия), в то время как этанол и вода были сильно обогащены ядрами дейтерия, напротив.

Анализ показал, что в лимончелло размер богатых маслом доменов всегда составляет около 100 нанометров в диаметре, независимо от содержания воды, сахара или температуры.Эти результаты удивительны: типичный размер богатых нефтью доменов в узо-системах обычно намного больше, в несколько сотен или даже тысяч нанометров (Grillo, 2003). Кроме того, их размер обычно очень чувствителен к составу или температуре системы – в отличие от лимончелло.

Это делает лимончелло очень интересной с научной точки зрения жидкостью. Небольшой размер капель масла, по-видимому, обеспечивает его исключительную стабильность по отношению к изменениям температуры и состава, а также во времени.На самом деле лимончелло можно хранить в бутылке годами: неплохо для метастабильной системы! Напротив, такие напитки, как пастис или узо, имеют тенденцию к разделению фаз в течение нескольких часов после приготовления (поэтому пастис всегда разбавляют водой в стакане непосредственно перед употреблением).

Итак, хотя мы еще не до конца понимаем, почему лимончелло ведет себя так иначе, чем другие напитки типа узо, теперь мы лучше понимаем науку о самоэмульгирующихся системах и о том, как их разработать для использования в будущих продуктах и ​​процессах.

Фазовые диаграммы и стабильность лимончелло

Фазовые диаграммы – удобный способ представить изменяющиеся физические состояния систем из двух или более компонентов в различных условиях. Обычный тип фазовой диаграммы показывает, как отдельное вещество (например, вода) будет менять состояние между твердым, жидким и газообразным при различных комбинациях температуры и давления (рис. 2).

В таких системах, как лимончелло, который сам состоит из трех компонентов (воды, этанола и эфирного масла), фазовые диаграммы позволяют нам представить возможные составы внутри системы и физические характеристики (такие как растворимость и стабильность), связанные с каждым из них. сочинение. Типичная тройная фазовая диаграмма показана на рисунке 3. Здесь каждый из чистых компонентов представлен вершиной главного треугольника, где прилегающие шкалы показывают 100% и 0% для двух различных компонентов.

Рисунок 3: Трехкомпонентная фазовая диаграмма
, представляющая узо-систему
Никола Граф / Леонардо Чиаписи

Как показано в примере, состав точки на фазовой диаграмме можно определить, нарисовав три линии, начинающиеся от точки и заканчивающиеся на каждой оси (обратите внимание на треугольную сетку, используемую для рисования линий). В этом случае образец, обозначенный красной точкой P, будет иметь состав из 20% воды, 70% этанола и 10% эфирного масла (мас. / Мас.).

Из этой фазовой диаграммы мы можем видеть, что вода и этанол полностью смешиваются, как этанол и эфирное масло. Однако растворимость эфирного масла в воде составляет всего 5% мас. / Мас., А растворимость воды в эфирном масле составляет менее 10%. На диаграмме также показана область, в которой компоненты разделяются по крайней мере на две фазы и не смешиваются (область разделения фаз). Небольшая «метастабильная область узо» – это то место, где композиция обеспечивает спонтанное образование эмульсии, как в системах узо.В конечном итоге в этой области произойдет разделение фаз, но временной масштаб может быть очень большим, поскольку для преодоления метастабильного состояния требуется энергия.

Сборка пористых надчастиц посредством самосмазывающихся испаряющихся коллоидных капель узо

Эксперименты по самосборке наночастиц, вызванных испарением

Этот метод достигается с использованием тройной жидкости, в данном случае состоящей из воды milli-Q (39,75 об.%), Этанола (59,00 об.%) и небольшое количество транс-анетола (1.20 об.%) (Раствор узо) в качестве суспензионной среды наночастиц TiO ₂ (0,05 об.%). Мы нанесли каплю 0,5 мкл суспензии узо на поверхность гидрофобного триметокси (октадецил) силана (ОТМС) -стекла. Камера фиксировала испарение капли сбоку (рис. 1а). При сушке под коллоидной каплей появилось масляное кольцо ³¹ . После этого капля сжалась на поверхности без линии контакта приколов. После испарения сначала этанола, а затем воды появилась надчастица (дополнительный фильм 1).

Самосборка супрачастиц путем высыхания капель суспензии узо на гидрофобных поверхностях. a Снимки испарения покоящейся капли суспензии узо (вода, этанол, анетоловое масло и наночастицы). Контактный диаметр капли на поверхности плавно уменьшался в течение всего процесса из-за образования масляного кольца на линии контакта (указано стрелками), и в конечном итоге появилась надчастица (см. Ниже). Время t безразмерно временем истощения t _D . b Первый контрольный эксперимент по испарению неподвижной капли водно-этанольной суспензии с тем же соотношением вода-этанол-наночастицы (без масла). Уменьшение диаметра контакта вскоре прекратилось, и в итоге супрачастица не образовалась. c Второй контрольный эксперимент по испарению капли узо с тем же соотношением вода-этанол-анетол (без наночастиц), который демонстрирует ту же динамическую эволюцию, что и в эксперименте a . Масляное кольцо, образовавшееся на линии контакта капли, указано стрелкой. d Схематическое изображение изменения диаметра контакта. В экспериментах a и c с добавлением небольшого количества анетолового масла капли достигают гораздо меньшего конечного диаметра контакта (красная линия), чем в эксперименте b (синяя линия), что мы называем самосмазкой. e СЭМ-фотографии сгенерированной супрачастицы из эксперимента a . f Крупный план супрачастицы. Масштабные линейки в a – c составляют 250 мкм

Проведем контрольный эксперимент (рис.1b) путем испарения капли вода-этанол-наночастица (масло не содержалось, т.е. бинарная жидкость) с той же пропорцией воды, этанола и наночастиц на той же подложке. В этом случае самосмазывающееся масляное кольцо не образуется, а наночастицы осаждаются на поверхности с различными формами осаждения ^32,33 . Во втором контрольном эксперименте мы испаряем каплю узо без диспергированных наночастиц (рис. 1c). При выпаривании он имеет те же характеристики, что и все ингредиенты на рис.1а. Сравнение этих трех случаев показывает, что самоформирующееся масляное кольцо играет решающую роль в уменьшении диаметра контакта (рис. 1d), что приводит к образованию надчастицы (рис. 1e, f). Масляное кольцо смазывает испаряющуюся коллоидную каплю во время самосборки наночастиц. Поэтому мы называем этот процесс самосмазкой.

Самосмазка

Мы дополнительно изучаем динамику процесса самосмазки и самосборки наночастиц с помощью лазерного сканирующего конфокального микроскопа (дополнительные видеоролики 2 и 3).После образования масляного кольца была проведена серия горизонтальных сканирований на ≈10 мкм над подложкой. В раствор добавляли перилен (для масла) и родамин 6G (для водного раствора), чтобы различить различные фазы: синий, желтый, черный и красный на конфокальных изображениях на рис. наночастицы (кластеры) и подложка соответственно. Первоначально коллоидная капля узо была темной из-за дисперсии наночастиц высокой концентрации (рис.2а). Синий цвет раствора стал видимым, когда наночастицы начали агрегировать (вставка на рис. 2b). Зародышевые микрокапли масла прикрепляются к наночастицам (кластерам) из-за предпочтения гетерогенного зародышеобразования на поверхности по сравнению с гомогенным зародышеобразованием в объеме жидкости. Затем, после зарождения микрокапель, дополнительные наночастицы будут прикрепляться к границе раздела масло-вода ³⁴ . Между тем, зародышевые микрокапли масла на поверхности сливались в масляное кольцо на краю капли, что предотвращало накопление наночастиц (кластеров) на линии контакта воздух-масло-подложка (красно-желтая граничная линия на рис.2б). Под действием испарения коллоидная капля сжималась в радиальном направлении, и масляное кольцо было вынуждено скользить внутрь (рис. 2c). Сжатие капли приводит к сборке наночастиц в трехмерную структуру. Здесь поверхностное натяжение преобладает над силой тяжести, так как маленькие капли имеют малое число Связи Bo = ρgL ² / σ ~ 10 ⁻¹ ≪ 1, где ρ – плотность капельного раствора. (~ 1000 кг · м ⁻³ ), g ускорение свободного падения, L характерный размер капли (~ 0.5 мм), и σ межфазное натяжение вода / трансанетол (~ 24,2 мН · м ⁻¹ ) ³⁵ .

Иллюстрации «самосмазки» и соответствующие конфокальные фотографии. Цветовые обозначения под конфокальным микроскопом: желтый, масляный; синий, вода / этанол; черный – скопления наночастиц; красный, подложка. a Исходное состояние испаряющихся капель раствора узо с высокодисперсными наночастицами. Высокая концентрация наночастиц приводит к тому, что капля становится черной при конфокальном изображении. b Предотвращение осаждения наночастиц на линии контакта. Возникает эффект узо, вызванный испарением, что приводит к образованию масляного кольца (желтого цвета), которое предотвращает образование контактных линий и придает коллоидным каплям высокую подвижность и низкий гистерезис. Между тем, наночастицы агрегируются, а на них зарождаются микрокапли масла. c Усадка маслосъемного кольца. Масляное кольцо сметает наночастицы / кластеры с подложки. После испарения этанола и воды образовавшиеся супрачастицы либо плавают на остаточном масле, как показано в d , либо сидят на субстрате, как показано в e , в зависимости от объемного соотношения между супрачастицей и оставшимся маслом. .Все конфокальные фотографии получены при горизонтальном сканировании непосредственно над подложкой.

Усадка масляного кольца вызывает левитацию коллоидной капли, и окончательная геометрия супрачастицы формируется. Гребень масляного кольца огибает край коллоидной капли (рис. 2в). Внутренний выступ масляного кольца действует как нижняя половина динамической формы для самосборки наночастиц, а поверхность раздела жидкость-воздух образует верхнюю половину. Следовательно, развивающаяся супрачастица формируется гребнем, смачиваемым маслом.Следовательно, регулируя концентрацию масла в смеси, что приводит к разным размерам смачиваемого маслом гребня, мы можем получить разные конфигурации формы и, таким образом, разные морфологии образующихся супрачастиц (проиллюстрировано на рис. 2d, e). .

Настраиваемые формы и высокая пористость супрачастиц

Мы контролируем форму образующихся супрачастиц, изменяя отношение k объемной доли масла χ _масло к объемной доле наночастиц χ _NP в исходный коллоидный раствор.Полное пространство параметров показано на фиг. 3a, дающей количественную информацию о конечной геометрии (фиг. 3b) и пористости (фиг. 3c) супрачастиц. Объемное отношение этанола к воде составляет 3: 2, и черные пунктирные линии в пространстве параметров представляют различные отношения масла к наночастицам _масло / χ _NP . Каждая белая квадратная точка на рис. 3а представляет состав раствора, использованного в экспериментах. Начальный профиль капли и конечный профиль надчастицы (после истощения нефти) были зафиксированы серой камерой сбоку, см. Рис.3d – g.

Супрачастицы настраиваемой формы и высокой пористости. a Область параметров, показывающая начальную объемную долю масла χ _{объемную долю нефти} и наночастиц χ _NP коллоидных капель в разных случаях (белые квадратные точки) с одинаковым соотношением этанола и воды (3: 2). Расчетное критическое отношение масла к наночастицам, k ^* = 110,7 (сплошная красная линия), делит пространство на высокое ( k > k ^* ) и низкое ( k < k ^* ) области отношения масла к наночастицам.Образовавшиеся супрачастицы имеют шарообразную форму в белой области ( k > k ^* ) и более плоскую, сжатую форму (см. Ниже) в зеленой области ( k < k ^{). *} ). b Как безразмерная высота δh , так и глубина δl вдавленной части не шарообразных супрачастиц пропорциональны отношению масла к наночастицам в зеленой области. c Расчетная пористость ϕ супрачастиц составляет от 78 до 92%.При увеличении отношения масла к наночастицам меняются формы от сферической шляпки (фотография профиля d ) до грибовидной формы e , f и формы кекса. г . Выше критического отношения k ^* , можно получить шарообразную супрачастицу (изображение SEM h ). i Поперечное сечение той же супрачастицы в h , полученное путем разрезания FIB, иллюстрирует высокопористую структуру внутри (дополнительный фильм 4). j – l Последовательность увеличения внутренней структуры в 3 раза. Горизонтальные белые пунктирные линии в d – g указывают положение подложки. Тени под линиями – это отражения. Изображение e показывает определения δl , l , δh , h . Планки погрешностей размера и пористости супрачастиц представляют неопределенность при обработке изображений. Планки погрешностей объемной доли масла и наночастиц представляют собой неопределенность приготовления раствора.Температура и относительная влажность во время экспериментов составляли 20–23 ° C и 35–50% соответственно.

Результаты экспериментов показывают, что соотношение масла и наночастиц определяет форму надчастиц. Когда объемная доля масла значительно превышает объемную долю наночастиц, образуется более сферическая надчастица (рис. 3h). При меньшем количестве масла надчастицы принимают более плоские, сплюснутые формы (рис. 3d – g). Хотя гребень смачивания маслом и конфигурация области контакта вода-воздух-масло определяют форму надчастицы, агрегация и перегруппировка наночастиц во время развития надчастицы также влияют на окончательную форму надчастицы.Точки данных a, b ( χ _{, масло} = 0) и c ( χ _NP = 0) представляют концентрации масла и наночастиц в трех случаях, показанных на рис. 1a – c, соответственно. Если количества отделенного масла недостаточно для образования полного масляного кольца, воспроизводимость образования надчастиц плохая (четыре точки данных в серой области на рис. 3а).

Мы определяем геометрические характеристики не шарообразной формы по высоте и глубине вмятины масляного гребня, т.е.е., δh = H – h и δl = l – L (аннотации на рис. 3д). Мы извлекли эту геометрическую информацию с помощью анализа изображений с помощью самодельной программы MATLAB, предполагая осевую симметрию. Данные на рис. 3b показывают, что как безразмерная высота δh / h , так и безразмерная глубина δl / l монотонно увеличиваются с увеличением отношения масла к наночастицам. На вставке показаны размерные данные.Монотонная зависимость отражает тот факт, что гребень смачивания нефтью формирует супрачастицы. Высокие соотношения масла приводят к заметному гребню смачивания маслом, который вызывает заметную вмятину в образованных супрачастицах.

Шаровидные супрачастицы достижимы, когда отношение масла к наночастицам достаточно высоко, чтобы развивающиеся супрачастицы были погружены в масляную фазу. Сила сцепления межфазного слоя между окружающей нефтью и коллоидной каплей придает развивающейся надчастице сферическую форму.Таким образом были образованы шарообразные супрачастицы, как показано на СЭМ-изображении на фиг. 3h. Критическое отношение масла к наночастицам k ^* , чтобы иметь эти шарообразные супрачастицы, было оценено с помощью простой модели. Мы предполагаем, что капля масла в виде сферической крышки и развивающаяся надчастица погружены внутрь. Здесь развивающаяся надчастица находится в своем верхнем предельном размере, который равен высоте масляной капли H , а остаточная вода заполняет пористую структуру. С этими предположениями мы имеем (см. Раздел «Методы») \ (k ^ \ ast = ({3 \, {\ mathrm {cot}} ^ 2 \ frac {{\ theta _ {{\ mathrm {oil}}}}}} {2}}) {\ mathrm {/}} (1 – \ phi) \), где ϕ – пористость надчастицы, а θ _oil – угол смачивания масла на поверхности.Учитывая пористость 90% и угол смачивания 55 °, полученный в наших измерениях, расчетное значение составляет 110,7, что соответствует красной сплошной линии на рис. 3a, c. Эта линия делит пространство параметров на белую область шаровидных супрачастиц и зеленую область супрачастиц различной формы, что согласуется с нашими наблюдениями.

Полученная очень высокая пористость 90% и выше – еще одна отличительная особенность супрачастиц. Мы рассчитали эту пористость на основе начального объема коллоидных капель с известными концентрациями наночастиц и конечным размером супрачастиц.Расчетные данные по пористости, показанные на рис. 3c, находятся в диапазоне от 77 до 92% и монотонно увеличиваются с увеличением отношения масла к наночастицам. Зародышевые микрокапли масла, существующие в объеме жидкости, вносят значительный вклад в пористость. Из-за капиллярных сил сеть наночастиц образуется среди зародышевых микрокапель масла ³⁴ , что также наблюдалось на нашем конфокальном изображении (рис. 2c, дополнительные видеоролики 2 и 3). Как следствие, после того, как все жидкости (в том числе и нефть) распространились наружу. , остаются пустые ячейки, резко увеличивая пористость образующихся супрачастиц.Увеличение отношения масла к наночастицам увеличивает объем этих пустых ячеек, поэтому пористость супрачастиц возрастает (рис. 3c). Ограничение пористости (92%) заключается в том, что во время сжатия развивающейся надчастицы микрокапли масла постепенно сливаются, и их части абсорбируются масляным кольцом ³¹ .

Внутренняя структура супрачастиц подтверждает приведенное выше объяснение свойства высокой пористости. Чтобы выявить эту высокую пористость на всех уровнях длины внутри супрачастицы, мы использовали технику резки сфокусированным ионным пучком (FIB) для исследования супрачастицы: разрезы слайд-за-слайдом раскрывают внутреннюю структуру (дополнительный фильм 4).На рис. 3i показан пример поперечного сечения надчастицы. Он представляет собой многомасштабную фрактальную внутреннюю структуру и ясно показывает, что примерно половина объема частицы состоит из отверстий микронного размера (рис. 3j). Остальная часть содержит множество более мелких отверстий субмикронного размера (рис. 3k). Наночастицы соединяются вместе, образуя ответвления и мезопоры наночастиц (размер нанометров) (рис. 3l). Эти отверстия (суб) микронного размера возникли из зародышевых микрокапель масла в коллоидной капле узо, поскольку зародышевые микрокапли масла действуют как клетки, лишенные (кластеров) наночастиц во время развития надчастиц (дополнительный фильм 5).

Масштабируемость изготовления супрачастиц

Инженерным преимуществом этого метода является простота масштабируемости изготовления супрачастиц. Чтобы продемонстрировать это преимущество, мы построили в нашей лаборатории установку (рис. 4а), которая позволяет автоматически производить капли аналогичного размера на поверхности трихлор (октадецил) силана (ОТС) или ОТМС со скоростью 20 капель в минуту. (Дополнительный фильм 6). Через несколько минут после нанесения капли синтез супрачастиц осуществился.Сбор надчастиц осуществляли путем простого погружения поверхности, прикрепленной к надчастицам, в этанол и легкого стряхивания их (дополнительные видеоролики 7 и 8). В результате супрачастицы хранились в жидкости для будущего использования, а поверхность была чистой и готовой к следующему процессу изготовления. После нескольких циклов суспензия надчастиц была доступна. Самосмазывающийся слой и полное отделение супрачастиц увеличивают гибкость изготовления супрачастиц.Масса супрачастиц без контролируемых размеров может быть изготовлена ​​путем распыления коллоидного раствора узо на поверхность (дополнительный фильм 9).

Масштабируемость процесса с различными и множественными типами наночастиц. a Демонстрация гибкой и удобной масштабируемости изготовления супрачастиц на поверхности OTMS / OTS. Самосмазка и прочные поверхности позволяют упростить процесс уборки урожая и переработать поверхности. b – h СЭМ-изображения сгенерированных супрачастиц. b Большое количество образовавшихся пористых надчастиц TiO ₂ . c Увеличенный вид пористой поверхности частицы в b . d Сгустки пористых надчастиц, образованные наночастицами TiO ₂ (0,05 об.%) И SiO ₂ (0,05 об.%). e Крупный план стороны частицы в d . f Пучки пористых надчастиц с тремя различными наночастицами: TiO ₂ (0,06 об.%), SiO ₂ (0.03 об.%) И Fe ₃ O ₄ (0,01 об.%). g , h представляют собой последовательность двух увеличений в частицу в f . В течение ч , поверхность надчастицы была отображена с помощью энергоселективного детектора обратного рассеяния (EsB), чтобы представить различные материалы в разных уровнях серого: Fe ₃ O ₄ (яркие пятна, указанные желтой стрелкой), TiO ₂ (светло-серые области синей стрелкой), SiO ₂ (темно-серые области красной стрелкой).Темнота указывает на дыры без наночастиц

Используя различные типы наночастиц или несколько типов наночастиц, мы получили различные виды супрачастиц оксидов металлов для демонстрации. На рис. 4b – f представлены СЭМ-фотографии большого количества супрачастиц, образованных в результате самосборки наночастиц TiO ₂ (рис. 4b), TiO ₂ и SiO ₂ наночастиц (рис. 4d) и TiO ₂ и SiO ₂ и Fe ₃ O ₄ наночастиц (рис.4е). В таблице 1 представлен состав растворов узо. На рис. 4с показана пористая поверхность супрачастиц TiO ₂ . Для супрачастиц TiO ₂ и SiO ₂ разница в шероховатости заметна на верхней и нижней поверхности (рис. 4e). Расчетная пористость составляет около 93%. Фиг. 4g, h представляет собой последовательность увеличения поверхности надчастицы TiO ₂ и SiO ₂ и Fe ₃ O ₄ . Расчетная пористость составляет около 91%.На рис. 4h различные материалы различимы на поверхности благодаря энергоселективному детектору обратного рассеяния (EsB): яркие пятна, отмеченные желтой стрелкой, представляют собой наночастицы Fe ₃ O ₄ ; светло-серые области (синяя стрелка) – наночастицы TiO ₂ ; темно-серые области (красная стрелка) – наночастицы SiO ₂ . Темнота указывает на дыры на поверхности.

Экологическая оценка производства узо в Греции: подход к оценке жизненного цикла

Основные моменты

•

Подход к оценке жизненного цикла производства узо в Греции.

•

Количественная оценка выбросов в окружающую среду в результате производства узо.

•

«горячие точки» производства узо, оказывающие негативное воздействие на окружающую среду.

•

Мощное предоставление данных производственной системы узо для сравнения с аналогичными продуктами.

Реферат

В этом исследовании изучается влияние производства узо на окружающую среду. Его новизна заключается в том, что это первое исследование, посвященное последствиям производства анисовых напитков для окружающей среды. Для проведения исследования использовалась оценка жизненного цикла (LCA), и были исследованы пятнадцать подсистем общего производства. В качестве категорий воздействия были выбраны глобальное потепление, подкисление, эвтрофикация и фотохимическое окисление.Производственный процесс значительно влияет на все четыре явления (с процентными долями 63,58%, 43,53%, 10,09% и 17,31% соответственно) и аналогичным образом влияет на подсистему выращивания винограда (с процентами 8,88%, 22,84%, 27,12% и 30,82% соответственно) . Другая подсистема, серьезно влияющая на эти явления, – это производство / транспортировка стеклянных бутылок (с процентным соотношением 18,05%, 15,13%, 7,61% и 41,55% соответственно). Более того, интересным результатом является то, что процесс производства узо оказывает более сильное воздействие на окружающую среду, чем процесс производства вина, поскольку они проходят схожие стадии своего жизненного цикла.Необходимо принять определенные меры. Первоначально использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия. Кроме того, переработка стеклянных бутылок и использование бутылок из других материалов. Также возможно использование альтернативных методов выращивания, таких как биодинамические и органические. Эти меры будут эффективными, если будут сочетаться с «зеленой» политикой обслуживания, проводимой компаниями. Результаты этого исследования могут быть полезным инструментом для промышленности, чтобы сосредоточить внимание на этапах с наибольшим вкладом в загрязнение окружающей среды и минимизировать его.

Ключевые слова

Воздействие на окружающую среду

Сельскохозяйственная продукция

Виноградарство

Виноград

Анисовые напитки

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2021 Авторы. Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Цитирование статей

Откажитесь от своей повестки дня и присоединитесь к радостному греческому образу жизни – Образ жизни – Austin American-Statesman

Приятно отдаться греческому образу жизни.Радушный народ Греции, аппетитная еда и напитки, веселая музыка и народные танцы позволяют легко погрузиться в беззаботный образ жизни.

Когда я нахожусь в Греции, я ем, как греки. Около 21:00 я иду в таверну, заказываю мезедес (закуски) и делюсь им по-семейному. Выбор, хотя и предсказуемый, для меня никогда не устареет: соус с чесноком, соус из бобов, цацики (из йогурта, огурца и мяты) или все три на одном порционном блюде; жареные баклажаны или кабачки; Греческий салат; и большие жареные перцы – красный или зеленый – с начинкой из сыра фета.

Большинство моих блюд также включает что-нибудь из моря, например, кальмаров или осьминогов на гриле, сардины или тарелку жареной маленькой рыбы (3 дюйма), очень маленькой рыбы (2 дюйма) или очень, очень маленькой рыбы (1 дюйм). С 3-дюймовой рыбой я оставляю голову и хвост на тарелке (и стараюсь не задумываться о некогда чернильных, а теперь сухих черных кишках). С рыбой поменьше я не оставляю ничего, кроме жирных отпечатков пальцев на краю бумажной скатерти.

В Афинах мне нравится посещать Центральный рынок, куда многие местные жители приезжают еженедельно покупать продукты.Это живой, дышащий, вонючий обстрел всех органов чувств. Вы увидите свежее мясо, капающее по каплям, домашний скот на всех стадиях расчленения и все еще извивающуюся рыбу. Прилавки с фруктами и овощами, совсем рядом с рынком, окружены магазинами, продающими фету из бочки и бесчисленные разновидности оливок.

Моя любимая остановка на рынке – бар Karayiannis Ouzo. Это веселое место посреди рыбного рынка – незабываемое место, где можно выпить и перекусить. И это дешево. Приблизительно за 3 евро вы получите узо (ликер со вкусом аниса) и небольшую тарелку мезе, чтобы насладиться ими в баре, пока вы принимаете участие в действии.

Религия так же важна, как и еда. Девяносто пять процентов всех греков считают себя православными, даже если они редко ходят в церковь. Православные элементы появляются везде. Иконы усеивают дороги. Православные священники – с их ветхозаветными бородами, черными одеждами, ожерельями, шляпами в форме торта и семьями на буксире – смешиваются с прихожанами на углах улиц. В течение дня греки обычно заходят в церкви, чтобы зажечь свечу и просить милостей. Даже местные подростки, которые кажутся далекими от религиозных, крестятся, проходя мимо церкви.

Пасха – это большое дело в Греции, и неудивительно, что еда играет большую роль. Пасха – это не Пасха без ягненка, которую часто едят в рамках большого послеполуночного застолья. Прогуливаясь по деревне на одну Пасху, я заметил, что каждая семья, кажется, жарит на вертеле целого барашка. Никогда не забуду, как ягненок обмяк, когда мой хозяин вытащил вертел. Затем он положил его на разделочную плитку, вытащил большой тесак и примерно за две минуты превратил всю жареную баранину в две тарелки мяса.

Греки любят танцевать при праздновании особых событий, особенно на свадьбах и крестинах. Популярные танцы включают изящный круговой танец каламатианос и сиртаки, исполняемые с вытянутыми руками или закинутыми на плечи друг друга, как это увековечено Энтони Куинном в фильме «Грек Зорба». Некоторые танцоры могут увлечься, «аплодировать», бросая тарелки или цветы, а затем танцевать на столах в предрассветные часы.

Музыка предназначена не только для особых событий – это часть повседневной жизни.Прогуляйтесь по любому городу летним вечером на выходных, и есть неплохой шанс встретить музыкантов, сидящих за открытым столом и играющих традиционную народную музыку на своих бузуки (мандолина с длинной шеей). Когда погода остывает, они переходят в таверны, чтобы развлечь ночных местных толп.

Греки, как правило, проявляют гостеприимство с напитками – часто с узо. Вы не пьете узо прямо; вместо этого вы добавляете лед или воду, что превращает узо из прозрачного в молочно-белый. Когда греки действительно хотят проявить гостеприимство, напиток – ципуро.Подобно итальянской граппе, эта огненная вода, похожая на бренди, на 40 процентов состоит из алкоголя, поэтому узо кажется детским. В последний раз, когда у меня было это, мне было трудно удерживать камеру неподвижно, поскольку я довел «местный» до очень вкусного экстрима.

Но это часть привлекательности этого места. В Греции иногда лучше отложить камеру, отказаться от планов и присоединиться к веселью.

Новое поведение фазовой диаграммы и дизайн материалов в гетероструктурных полупроводниковых сплавах

Фазовые диаграммы гетероструктурных сплавов

Здесь мы показываем, что фазовые диаграммы гетероструктурных сплавов (рис.1, D и F) заметно отличаются от изоструктурных сплавов, используя Mn _{1- x} Zn _x O ( 3 ) и Sn _{1- x} Ca _x S ( 4 ) в качестве материалов для примера. Эти различия происходят из-за фазового перехода, происходящего в гетероструктурных сплавах при критическом составе x _c . Чтобы прояснить поведение фазовой диаграммы и продемонстрировать реализацию новых метастабильных сплавов, мы выполнили расчеты из первых принципов, а также синтез и определение характеристик тонких пленок [энтальпию смешения и данные дифракции рентгеновских лучей (XRD), доступные у Peng et al. ( 3 ) используются для сплавов Mn _{1- x} Zn _x O]. В традиционном изоструктурном сплаве _{1- x} Ga _x N линии спинодали и бинодали совпадают при температуре зазора смешиваемости T ^g и охватывают относительно узкие области метастабильных составов по обе стороны от фазовая диаграмма (белые области на рис. 1Б). Отметим, что отклонения от модели регулярного решения, возникающие в результате ближнего порядка, полиномиальных вкладов высокого порядка в H ( x ) и колебательных вкладов в Δ H и Δ S , вызывают обычно небольшие количественные изменения и асимметрии в T ^{b, s} ( x ), но не меняют общую топологию ( 21 ).В отличие от обычной изоструктурной фазовой диаграммы, наши рассчитанные гетероструктурные фазовые диаграммы показывают широкие метастабильные области (рис. 1, D и F) и возможность разделения температур зазора смешиваемости для бинодального и спинодального распада (рис. 1D). Это различие открывает доступ к новому фазовому пространству метастабильных твердотельных материалов. Устойчивость к колебаниям состава должна способствовать синтезу однородных однофазных сплавов, которые очень желательны для создания оптоэлектронных материалов.

Как показано ниже, природа фазового превращения, связывающего различные симметрии кристаллов гетероструктурного сплава, имеет важные ответвления на топологию фазовой диаграммы сплава. Поэтому мы используем концепции реконструктивных фазовых превращений и фазовых превращений смещения ( 22 ) для классификации двух различных типов гетероструктурных сплавов, например Mn _{1 −x} Zn _x O (рис. 1, C и D) и Sn _{1− x} Ca _x S (рис.1, E и F) соответственно. Сплавы между материалами с несоразмерными решетками, такими как MnO с основным состоянием RS и ZnO с основным состоянием вюрцита (WZ), обладают симметрией кристаллов, которые связаны посредством реконструктивного преобразования. Этот переход требует разрыва связи, включает кинетические барьеры и часто связан с большими изменениями объема решетки (например, ~ 20% между RS и WZ). Напротив, сплавы между материалами с соразмерными решетками, такими как ORC SnS и RS CaS, обладают симметрией, которые связаны фазовым превращением смещения.Здесь структурные искажения и смещения атомов приводят к непрерывному изменению параметров решетки и положений узлов без необходимости диффузии атомов или перестройки координационного окружения.

В несоразмерных решетках объединение атомных расположений двух решеток в одной фазе является энергетически невыгодным, и значительные барьеры зародышеобразования препятствуют превращению между фазами. Диаграмма Δ H _м ( x ) Mn _{1- x} Zn _x O (рис.1C) показаны две отдельные ветви энтальпии смешения для сплавов, образованных на нижележащей решетке RS (оранжевый) или WZ (фиолетовый), пересекающие и выходящие за пределы критического состава, который был рассчитан как x _c = 0,38 ( 3 ). Следовательно, есть также две отдельные ветви для спинодальной линии (красная) в результирующей фазовой диаграмме T ^s ( x ) (рис. 1D) с разрывом при x _c . Из-за схожего ионного размера Zn ²⁺ и Mn ²⁺ энергетический вклад от взаимодействия сплава Ω в Δ H _m ( x ) в любой ветви относительно невелик, так что кривизна Δ H _m ( x ) также мала, и ее величина в основном возникает из-за больших энергий полиморфа конечных соединений (то есть гипотетических фаз RS ZnO и WZ MnO; см. рис.Рис. 1С). Следовательно, линия спинодали отделяется от линии бинодали (рис. 1D), что резко контрастирует с хорошо известной изоструктурной фазовой диаграммой сплава, где линии бинодали и спинодали совпадают при температуре зазора смешиваемости (рис. 1B). Таким образом, в результате структурной конкуренции и вытекающих из этого барьеров трансформации в сплавах с несоразмерной решеткой возникают широкие метастабильные области между закрытой спинодалью и открытой бинодальной щелью смешиваемости. Единственная известная нам работа, где как спинодальные, так и бинодальные линии были построены для гетероструктурных сплавов, – это работа Schleife et al. ( 8 ). Однако прирост энтальпии, связанный с разделением однородного однофазного сплава на две структурно разные фазы, не был полностью учтен. Следовательно, фазовая диаграмма не показала новые особенности, о которых здесь сообщалось, и не продемонстрировала экспериментально установленный разрыв смешиваемости в Mg _x Zn _{1- x} O ( 23 ).

В соразмерном сплаве Sn _{1- x} Ca _x S в составах вблизи фазового перехода ORC-RS при x _c = 0.25, мы наблюдаем снижение энтальпии смешения Δ H _m ( x ) по сравнению с экстраполяцией ветвей ORC (оранжевый) и RS (фиолетовый) (рис. 1E). Отклонение от экстраполированных ветвей ORC и RS происходит потому, что соразмерные решетки могут до некоторой степени одновременно приспосабливать различные предпочтительные локальные координационные симметрии обоих типов катионов. Повышенная кривизна Δ H _m ( x ) в этой переходной области приводит к «всплеску» спинодальной линии (красный), что приводит к псевдоизоструктурному характеру сплава (см. Рис.Рис. 1F), где пики линий бинодали и спинодали совпадают. Однако в составах за пределами этой переходной области кривизна намного меньше, что снова приводит к широким метастабильным областям на фазовой диаграмме.

Неравновесные фазовые диаграммы и синтезируемость

Чтобы экспериментально проверить эти замечательные новые предсказанные особенности, мы выполнили неравновесный синтез и исследование характеристик двух прототипов гетероструктурных полупроводниковых сплавов. Мы использовали методы осаждения тонких пленок, чтобы преодолеть пределы растворимости (бинодальная линия) и получить доступ к составам и температурам в метастабильных областях на фазовых диаграммах.Библиотеки с градиентами состава и температуры подложки были выращены методом импульсного лазерного осаждения (PLD) и распыления для Mn _{1- x} Zn _x O и Sn _{1- x} Ca _x S соответственно. Как показано на фиг. 2A, структурная характеристика XRD как функция состава иллюстрирует ожидаемое прерывистое изменение структуры, происходящее при реконструктивном фазовом переходе в несоразмерных сплавах Mn _{1- x} Zn _x O.Напротив, мы наблюдаем гораздо более непрерывное изменение структуры соразмерных сплавов Sn _{1– x} Ca _x S (рис. 2B).

Рентгенограммы ( A ) несоразмерных сплавов Mn _{1- x} Zn _x O, демонстрирующие прерывистое изменение структуры с двухфазной областью в интервале 0.2 < x <0,4 для температуры роста 297 ° C и ( B ) соразмерного Sn _{1- x} Ca _x S сплавов, выращенных при 240 ° C, демонстрируя непрерывное изменение структура. а.е., условные единицы.

Мы проанализировали рентгенограммы сплава (рис. 2, A и B) с использованием метода исчезающих фаз ( 24 ) для определения неравновесных областей однофазного роста. В сплавах Mn _{1- x} Zn _x O мы достигли полной смешиваемости во всем диапазоне составов 0 < x <1 для температур роста ниже 180 ° C ( 3 ).Довольно резкий переход от RS к фазе WZ происходит при x _c ≈ 0,32, что немного ниже теоретически предсказанного значения x _c = 0,38. С повышением температуры пределы растворимости снижаются, потому что кинетика теперь учитывает фазовое разделение, тем самым открывая зазор смешиваемости с температурой вопреки термодинамической тенденции. Этот результат можно рассматривать как проявление принципа кинетики Белла-Эванса-Поланьи ( 25 , 26 ) в твердотельной системе; то есть кинетические барьеры для разложения самые низкие, где Δ H _m ( x ) является наибольшим, что объясняет, почему минимальная температура для неравновесной растворимости имеет место при x _c (ср.Рис. 1С и 3А). Применяя метод исчезающей фазы к дифрактограммам сплавов Sn _{1- x} Ca _x S, выращенных распылением (рис. 2B), мы можем определить пределы неравновесной растворимости Sn в богатых кальцием сплавы (рис. 3Б). Однако из-за соизмеримых структур SnS и CaS изменения в XRD недостаточно заметны, чтобы однозначно определить предел растворимости Ca в сплавах с высоким содержанием Sn из экспериментальных данных. Применение поведения типа Белла-Эванса-Поланьи из предсказанной Δ H _m ( x ) позволяет качественно оценить предел неравновесной растворимости Ca в пленках, богатых Sn в фазе ORC (рис.3Б).

XRD полученная неравновесная фазовая диаграмма ( A ) Mn _{1- x} Zn _x O и ( B ) Sn _{1- x} Ca _x S наложенный на их соответствующая расчетная термодинамическая фазовая диаграмма (см. рис. 1). Кружками показаны однофазные граничные точки, полученные в результате анализа исчезающих фаз данных XRD, и которые использовались для определения однофазных областей (заштрихованные области под пунктирными линиями).