Che cos'è l'essiccazione supercritica?
Quando una sostanza viene essiccata mediante normali metodi di applicazione di calore e pressione a velocità finita, la sostanza attraversa la barriera liquido-gas, dove la quantità di stress capillare cambia, provocando la deflazione della sostanza. Questo processo di essiccazione influisce sulla tensione superficiale complessiva della sostanza, causando la rottura o la degenerazione di strutture delicate. Per evitare questo problema, c'è un'essiccazione supercritica, che asciuga una sostanza attraverso calore e pressione elevati e gira attorno al confine liquido-gas invece di attraversarlo. La densità del liquido e del gas sono uguali e, a livello molecolare, non c'è differenza tra i due. L'essiccazione supercritica può essere utilizzata con fluidi supercritici e esistono diversi metodi di essiccazione.
Il normale processo di asciugatura prevede l'utilizzo di calore o pressione medi ed è perfetto se applicato a sostanze come l'acqua, che non si rompono facilmente. Alcune sostanze o dispositivi - come i dispositivi microelettromeccanici che hanno minuscoli macchinari - subiscono uno squilibrio durante questo processo di essiccazione perché, quando la tensione superficiale del liquido si trasforma in un gas, si attacca alla struttura della sostanza. Nelle strutture delicate, questa trazione può creare problemi.
Per ovviare a questo problema di tensione superficiale, l'essiccazione supercritica è un metodo che evita il confine liquido-gas e non influenza lo stress capillare della sostanza. Lo stress capillare è lo spazio tra i pori della sostanza e, quando il liquido diventa un gas con mezzi normali, lo stress capillare provoca il collasso della sostanza. Per fare questo, è necessario un fluido supercritico. Questi fluidi sembrano liquidi ma sono in grado di espandersi e comprimersi come gas; sono anche in grado di dissolvere altre sostanze. La preparazione di questi fluidi comporta la saturazione dei pori con un solvente organico.
Esistono diversi modi per eseguire l'asciugatura supercritica. Nel metodo ad alta pressione e ad alta temperatura, una camera di pressione viene riempita con il fluido supercritico e il solvente organico in cui è stato immerso il fluido supercritico. La sostanza viene quindi rapidamente esposta al calore e alla pressione che vanno oltre il suo limite critico, facendo sì che il fluido si trasformi in un gas in cui viene mantenuto lo stress capillare.
Mentre il metodo ad alta pressione e ad alta temperatura è il modo più comune per eseguire l'essiccazione supercritica, esiste un metodo a bassa temperatura; questo metodo è più sicuro, perché l'altro può essere esplosivo e alcune sostanze non sono in grado di gestire l'alta pressione e il calore. Invece di un solvente organico, viene utilizzato l'anidride carbonica, poiché viene estratta in modo supercritico a bassa temperatura. L'essiccazione supercritica con questo metodo non ha sempre successo, perché alcuni fluidi reagiranno con l'anidride carbonica per creare carbonati metallici.