La Fenomeno Della Lacuna di Miscibilità nei Diagrammi di Fase
La lacuna di miscibilità è una regione in un diagramma di fase per una miscela di più componenti in cui la miscela esiste in due o più fasi in cui i costituenti non sono completamente miscibili.
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La presenza di una lacuna di miscibilità in sistemi diversi come liquidi organici, sistemi metallo-metallo/ossido, miscele di polimeri e vetri è piuttosto comune. In queste situazioni, le due sostanze non possono mescolarsi completamente a causa delle condizioni date, che non permettono una completa coesistenza nella stessa fase.
L’importanza dello studio dei diagrammi di fase binari e delle lacune di miscibilità risiede nel fatto che, ad esempio, due metalli immiscibili non possono formare una lega nelle condizioni di miscibilità limitata.
La lacuna di miscibilità si verifica quando la curva di coesistenza termina in un punto critico nel diagramma di fase binario. Questo fenomeno può essere sfruttato per sviluppare materiali ad alte prestazioni attraverso la decomposizione spinodale, processo durante il quale una singola fase termodinamica si separa spontaneamente in due fasi, come nel caso di (Ti,Zr)C e TiAlN.
Tuttavia, per ottenere microstrutture monofase in leghe come le leghe ad alta entropia, è necessario evitare la regione in cui si verifica la lacuna di miscibilità.
Diagrammi di Fase Binari
Un diagramma di fase a un componente è un grafico che illustra il cambiamento di fase di una sostanza in funzione della temperatura e/o pressione. Questi diagrammi, che includono due o più componenti, descrivono il rapporto tra temperatura e composizione della miscela o tra pressione e composizione della miscela in condizioni di equilibrio termodinamico.
La regola delle fasi è uno strumento utilizzato per correlare lo stato fisico di una miscela con il numero di componenti del sistema e le sue condizioni, quando la pressione e la temperatura sono le variabili di stato. Questa regola può essere espressa come f = c – p + 2, dove f è il numero di variabili indipendenti, c è il numero di componenti e p è il numero di fasi stabili nel sistema.
In un diagramma di fase binario tipico, le curve delimitano il campo di esistenza della fase liquida e della fase liquida in equilibrio con quella solida, mentre una retta delimita il campo di esistenza dello stato solido. Questo tipo di diagramma fornisce informazioni cruciali sulla trasformazione di fase dei sistemi binari.
In conclusione, la presenza di lacune di miscibilità nei diagrammi di fase binari gioca un ruolo significativo nello sviluppo e nella comprensione dei materiali, offrendo opportunità per ottimizzare le proprietà delle leghe e dei composti in base alle condizioni termodinamiche e alle composizioni dei componenti.
Il concetto di lacuna di miscibilità nei diagrammi di fase
La presenza di una lacuna di miscibilità in un diagramma a un componente indica la situazione in cui due fasi diventano indistinguibili al di sopra di una certa temperatura critica, rappresentata dal punto Tc. Le linee a-Tc e b-Tc determinano i limiti di solubilità reciproca dei componenti.
Temperature critiche in diagrammi di fase binari
Nei diagrammi di fase binari con lacuna di miscibilità si può individuare una temperatura critica inferiore. Questo punto rappresenta la condizione al di sotto della quale i due componenti sono miscibili in qualsiasi proporzione. Può verificarsi anche una temperatura critica superiore, dove, ad alte temperature, le molecole superano l’energia necessaria per separarsi, formando una fase singola omogenea.
Le applicazioni delle leghe con lacuna di miscibilità
Le leghe con lacuna di miscibilità, conosciute come MGA (Miscibility Gaps Alloy), costituiscono un innovativo tipo di materiale per l’accumulo di energia termica di seconda generazione. In queste leghe, due elementi non si dissolvono o reagiscono per formare un composto, ma rimangono in una semplice miscela con lacuna di miscibilità.
Queste leghe possono sperimentare un cambiamento di fase entro un determinato intervallo di temperatura e sono in grado di immagazzinare energia principalmente sotto forma di calore latente. Questo le rende ideali come accumulatori di energia, in grado di ricevere e conservare l’energia prodotta da fonti rinnovabili.
Il potenziale di queste leghe MGA è enorme, poiché potrebbero rivoluzionare il settore energetico, consentendo di passare da combustibili fossili a fonti energetiche rinnovabili come solare o eolica, aprendo la strada a una transizione ecologica.
