Enhanced coarsening induced by pore confinement
Murissement accéléré par effet de confinement dans un milieu poreux
Résumé
The coarsening process is driven by the reduction in interfacial energy density, resulting in an enlargement of the size scale within two-phase systems. It plays a crucial role in the stability and the aging of densely packed arrangements of particles, which are commonly found in alloys, foams, emulsions, supersaturated solutions, ... It has been shown previously that, when properly confined, such particles undergoes the so-called anti-coarsening phenomenon, ultimately leading to the one particle-per-pore configuration associated with the arrest of coarsening. In this study, we quantitatively explore the coarsening dynamics of liquid foam confined within the pores of spherical bead packings, where the size of the beads has been adjusted to modify the degree of confinement. We observe that, apart from the final configuration associated with the arrest of coarsening, the more we confine this system within small spaces, the more rapidly it coarsens. Moreover, the broadening of the particle size distribution has an opposite effect with respect to that observed for unconfined systems. This unexpected behavior is shown to arise from the coupling between the liquid trapped at the surface of the grains and the effective liquid volume fraction within the core of the pores.
Le processus de murissement est induit par la réduction de la densité d'énergie interfaciale, ce qui entraîne une augmentation de l'échelle de taille dans les systèmes biphasés. Il joue un rôle crucial dans la stabilité et le vieillissement des arrangements denses de particules, que l'on trouve couramment dans les alliages, les mousses, les émulsions, les solutions sursaturées, etc. Il a été précédemment démontré que, lorsqu'elles sont correctement confinées, ces particules subissent le phénomène dit "d’anti-murissement", conduisant finalement à une configuration d'une particule par pore, associée à l'arrêt du processus. Dans cette étude, nous explorons quantitativement la dynamique de murissement d'une mousse liquide confinée dans les pores d'un empilement de grains sphériques, où la taille des grains a été ajustée pour modifier le degré de confinement. Nous observons que, mis à part la configuration finale associée à l'arrêt du murissement, plus ce système est confiné dans de petits espaces, plus le murissement se produit rapidement. De plus, l'élargissement de la distribution de taille des particules a un effet opposé à celui observé pour les systèmes non confinés. Ce comportement inattendu résulte du couplage entre le liquide piégé à la surface des grains et la fraction volumique effective de liquide au cœur des pores.