La levitación aerodinámica es el uso de presión de gas para levitar materiales de modo que ya no estén en contacto físico con ningún contenedor. En experimentos científicos, esto elimina los problemas de contaminación y nucleación asociados con el contacto físico con un contenedor.
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 air hockey 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. La combinación de esto con un calentamiento láser continuo de CO2 de >200 W permite alcanzar temperaturas de muestra superiores a los 3000 grados Celsius.
Cuando se calientan materiales a estas temperaturas extremadamente altas, la levitación en general proporciona dos ventajas clave sobre 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 puede subenfriarse, es decir, enfriarse por debajo de su temperatura de congelación normal sin llegar a congelarse.
El subenfriamiento, o sobreenfriamiento , es el enfriamiento de un líquido por debajo de su temperatura de congelación de equilibrio mientras permanece líquido. Esto puede ocurrir siempre 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 suelen permitir que las muestras se enfríen varios cientos de grados Celsius por debajo de sus temperaturas de congelación de equilibrio.
Dado que la nucleación de los cristales se suprime mediante la levitación 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 también se han desarrollado una serie de técnicas de medición in situ . Las siguientes mediciones se pueden realizar con precisión variable:
conductividad eléctrica , viscosidad , [5] densidad , tensión superficial , [6] capacidad calorífica específica ,
También se ha combinado la levitación aerodinámica in situ con:
Radiación sincrotrón de rayos X , dispersión de neutrones , espectroscopia de RMN