Vad är superkritisk torkning?

När ett ämne torkas med normala metoder för att applicera värme och tryck i en begränsad hastighet, passerar ämnet genom vätske-gasbarriären, där mängden kapillärspänning förändras, vilket får ämnet att tömmas. Denna torkningsprocess påverkar ämnets totala ytspänning, vilket gör att känsliga strukturer går sönder eller degenereras. För att undvika detta är det superkritisk torkning, som torkar ett ämne via hög värme och tryck och går runt vätskegasgränsen istället för att röra sig genom den. Vätskans och gasens densitet är densamma och molekylärt finns det ingen skillnad mellan de två. Superkritisk torkning kan användas med superkritiska vätskor, och det finns flera olika torkningsmetoder.

Den normala torkprocessen innebär användning av medelvärme eller tryck och är bra när den appliceras på ämnen som vatten som inte lätt bryts. Vissa ämnen eller enheter - till exempel mikroelektromekaniska enheter som har små maskiner - upplever en obalans under denna torkningsprocess, eftersom vätskans ytspänning förändras till en gas, drar mot ämnets struktur. I känsliga strukturer kan denna dragning skapa problem.

För att komma runt denna ytspänningsfråga är superkritisk torkning en metod som går över vätske-gasgränsen och påverkar inte ämnets kapillärspänning. Kapillärspänning är utrymmet mellan ämnets porer och när vätskan blir en gas på normalt sätt får kapillärspänningen ämnet att kollapsa. För att göra detta krävs en superkritisk vätska. Dessa vätskor ser ut som vätskor men kan expandera och komprimera som gaser; de kan också lösa andra ämnen. Framställning av dessa vätskor innefattar mättnad av porerna med ett organiskt lösningsmedel.

Det finns flera sätt att utföra superkritisk torkning. I metoden med högt tryck och hög temperatur fylls en tryckkammare med den superkritiska vätskan och det organiska lösningsmedlet i vilket den superkritiska vätskan nedsänktes. Ämnet utsätts sedan snabbt för värme och tryck som överskrider dess kritiska gräns, vilket får vätskan att ändras till en gas där kapillärspänningen upprätthålls.

Medan högtrycks- och högtemperaturmetoden är det vanligaste sättet att utföra superkritisk torkning, finns det en lågtemperaturmetod; denna metod är säkrare eftersom den andra kan vara explosiv och vissa ämnen kan inte hantera högt tryck och värme. Istället för ett organiskt lösningsmedel används koldioxid eftersom det extrakritiskt extraheras vid låg temperatur. Superkritisk torkning med denna metod är inte alltid framgångsrik, eftersom vissa vätskor reagerar med koldioxid för att skapa metallkarbonater.