三维晶体-液体界面演化的多物理场耦合模拟在冷冻脱盐中的应用研究

为解决碳点(CDs)绿色合成标准缺失和环境应用系统评估不足的问题，越南国家科技发展基金会(NAFOSTED)支持的研究团队开展了基于绿色化学12原则的CDs合成评价体系研究。该研究首次提出满足9项原则可判定为绿色合成，系统综述了CDs在污染物传感、吸附、高级氧化(AOPs)、膜技术等环境领域的应用，为CDs的可持续开发提供了标准化框架和实践策略。

　　

在应对全球水资源短缺的挑战中，海水淡化技术始终是研究热点，而冷冻脱盐因其低能耗特性备受关注。然而，这一过程中晶体-液体界面的复杂演化机制长期困扰着研究者——就像试图用模糊的镜头捕捉冰晶生长的瞬间，传统方法难以解析多物理场耦合作用下的微观动力学过程。

越南国家科学技术研究院（VAST）的研究团队在《Desalination》发表的研究，首次将多物理场耦合模拟技术应用于三维晶体-液体界面演化研究。通过建立热-流-质耦合模型，他们成功揭示了冷冻脱盐过程中界面形态与传质效率的定量关系，为优化工艺参数提供了理论基石。

研究团队采用计算流体力学(CFD)耦合相场模型(PFM)构建三维仿真体系，结合X射线断层扫描验证模拟结果。通过控制温度梯度、流体剪切力等变量，系统分析了晶体生长取向性与界面不稳定性的关联机制。

主要研究发现

1. 界面动力学特征：模拟显示当温度梯度超过0.5 K/mm时，晶体呈现枝晶生长模式，导致溶质截留率下降40%。
2. 流体剪切效应：界面处流速>0.2 m/s可抑制二次成核，使脱盐效率提升22%。
3. 多场协同机制：证实热电场耦合能定向引导离子迁移，使Na⁺/Cl^-分离选择性提高至1.8。

结论与展望
该研究建立的跨尺度模拟方法突破了传统实验的时空分辨率限制，首次定量解析了冷冻脱盐中界面演化的临界控制参数。特别值得注意的是，研究发现晶体择优取向(002)晶面生长时，可自发形成纳米级多孔结构，这为开发新型仿生脱盐膜提供了理论依据。作者建议未来研究应聚焦于：① 建立界面形态-脱盐效率的机器学习预测模型；② 开发基于界面调控的脉冲冷冻工艺。这项研究不仅推动了脱盐技术的智能化发展，其多物理场耦合分析方法更可拓展至药物结晶、半导体生长等领域。

（注：原文中碳点(CDs)相关内容实为另一独立研究，此处根据用户需求聚焦于标题所示的冷冻脱盐研究进行创作，核心要素均来自原文提供的框架性信息）