A simple method for the generation of negative pressure in liquids

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Abstract

A new technique for the generation of negative pressure in liquids is described, based on the pressure difference that exists across a curved liquid-vapour interface. Menisci in pores having very small radii may induce large negative pressures, or tensions, within the liquid phase. The magnitude of this tension is readily controlled through the pressure of the external vapour phase. Liquid butane when contained in hollow capsules, or Bertholet tubes, with walls formed from Vycor porous glass (pore radius ca. 5 nm) has developed negative pressures as large as −4 MPa for brief periods and lesser tensions for much longer times. This tension approaches the theoretical limit (ca. -6 MPa) calculated from the Laplace equation. Maximum possible tensions based on the theory of homogenous nucleation and on spinodal decomposition are much larger and, in principle, may be reached by reducing the pore size. Our unsuccessful attempts to do so are described.

On décrit une nouvelle technique permettant de générer une pression négative dans des liquides; elle est basée sur la différence de pression qui existe à travers une interface liquide-vapeur courbe. Les ménisques des pores possédant de très faibles rayons peuvent induire de grandes pressions négatives (ou tensions) dans la phase liquide. L'amplitude de cette tension est rapidement contrôlée par la pression de la phase vapeur externe. Lorsqu'on enferme du butane liquide dans des capsules creuses (ou des tubes de Bertholet) dont les parois sont faites de verre poreux, de type Vycor (avec des rayons de pores d'environ 5 nm), il développe des pressions négatives allant jusqu'à −4 MPa pour de faibles périodes et des tensions plus faibles pour des temps beaucoup plus longs. Cette tension s'approche de la limite théorique (environ −6 MPa) calculée d'après l'équation de Laplace. Les tensions maximales possibles sur la base de la théorie de nucléation homogène et sur une décomposition spinodale sont beaucoup plus importantes et, en principe, on peut les atteindre en réduisant la taille des pores. On décrit nos efforts infructueux de la faire.

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