La levitación aerodinámica es el uso de presión de gas para hacer levitar materiales de modo que ya no estén en contacto físico con ningún recipiente. En experimentos científicos, esto elimina los problemas de contaminación y nucleación asociados con el contacto físico con un recipiente.
El término levitación aerodinámica podría aplicarse a muchos objetos que utilizan la presión del gas para contrarrestar la fuerza de la gravedad y permitir una levitación estable . Los helicópteros y los discos de hockey de aire son dos buenos ejemplos de objetos que levitan aerodinámicamente. Sin embargo, más recientemente, este término también se ha asociado con una técnica científica que utiliza una boquilla en forma de cono que permite la levitación estable de muestras esféricas de 1 a 3 mm de diámetro sin la necesidad de mecanismos de control activos. [1]
Estos sistemas permiten levitar muestras esféricas haciendo pasar gas a través de una boquilla cónica divergente. Al combinar esto con un calentamiento láser de CO2 continuo de más de 200 W , se pueden alcanzar temperaturas de muestra superiores a los 3000 grados Celsius.
Al calentar materiales a estas temperaturas extremadamente altas, la levitación en general ofrece dos ventajas clave con respecto a los hornos tradicionales. En primer lugar, se elimina la contaminación que de otro modo se produciría en un recipiente sólido. En segundo lugar, la muestra se puede subenfriar, es decir, enfriar por debajo de su temperatura de congelación normal sin llegar a congelarse.
El subenfriamiento o superenfriamiento es el enfriamiento de un líquido por debajo de su temperatura de congelación de equilibrio mientras permanece líquido. Esto puede ocurrir dondequiera que se suprima la nucleación de cristales . En muestras levitadas, la nucleación heterogénea se suprime debido a la falta de contacto con una superficie sólida. Las técnicas de levitación generalmente permiten enfriar las muestras varios cientos de grados Celsius por debajo de sus temperaturas de congelación de equilibrio.
Dado que la levitación suprime la nucleación de cristales y que no está limitada por la conductividad de la muestra (a diferencia de la levitación electromagnética), la levitación aerodinámica se puede utilizar para fabricar materiales vítreos a partir de fundidos a alta temperatura que no se pueden fabricar con métodos estándar. Se han fabricado varios vidrios a base de óxido de aluminio y sin sílice. [2] [3] [4]
En los últimos años se han desarrollado también diversas técnicas de medición in situ , que permiten realizar con precisión variable las siguientes mediciones:
conductividad eléctrica , viscosidad , [5] densidad , tensión superficial , [6] capacidad calorífica específica ,
La levitación aerodinámica in situ también se ha combinado con:
Radiación de sincrotrón de rayos X , dispersión de neutrones , espectroscopia de RMN