Crystallization kinetics and excess free energy of H2O and D2O nanoscale films of amorphous solid water

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 115, Issue 23, 2011, Pages 5908-5917

  Smith, R Scott ^a   Matthiesen, Jesper ^a   Knox, Jake ^a   Kay, Bruce D ^a  

^a PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMORPHOUS SOLID WATER; AMORPHOUS SOLID WATER FILMS; CRYSTALLINE PHASIS; DESORPTION RATE; DESORPTION SPECTRA; EXCESS ENTROPY; EXCESS FREE ENERGY; HIGHLY SENSITIVE; ISOTHERMAL CRYSTALLIZATION; KINETIC MODELS; NANOSCALE FILMS; REFLECTION ABSORPTION INFRARED SPECTROSCOPY; SUPERCOOLED LIQUID WATER; TEMPERATURE SHIFT; TPD SPECTRUM;

ABSORPTION SPECTROSCOPY; AMORPHOUS FILMS; AMORPHOUS MATERIALS; FREE ENERGY; INFRARED SPECTROSCOPY; KINETICS; SUPERCOOLING; TEMPERATURE PROGRAMMED DESORPTION;

CRYSTALLIZATION KINETICS;

DEUTERIUM OXIDE; NANOMATERIAL; WATER;

ARTICLE; ARTIFICIAL MEMBRANE; CHEMISTRY; CRYSTALLIZATION; KINETICS; THERMODYNAMICS;

CRYSTALLIZATION; DEUTERIUM OXIDE; KINETICS; MEMBRANES, ARTIFICIAL; NANOSTRUCTURES; THERMODYNAMICS; WATER;

EID: 79960010289     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp110297q     Document Type: Article

References (82)

1. Angell, C. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 1983, 34, 593.
2. Angell, C. A. Science 1995, 267, 1924.
3. Stillinger, F. H. Science 1995, 267, 1935.
4. Ediger, M. D.; Angell, C. A.; Nagel, S. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 13200.
5. Mishima, O.; Stanley, H. E. Nature 1998, 396, 329.
6. Angell, C. A.; Ngai, K. L.; McKenna, G. B.; McMillan, P. F.; Martin, S. W. J. Appl. Phys. 2000, 88, 3113.
7. Stanley, H. E.; Buldyrev, S. V.; Canpolat, M.; Mishima, O.; Sadr-Lahijany, M. R.; Scala, A.; Starr, F. W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2, 1551.
8. Debenedetti, P. G.; Stillinger, F. H. Nature 2001, 410, 259.
9. Angell, C. A. Chem. Rev. 2002, 102, 2627.
10. Debenedetti, P. G. J. Phys.: Condens. Matter 2003, 15, R1669.
11. Debenedetti, P. G.; Stanley, H. E. Phys. Today 2003, 56, 40.
12. Angell, C. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 2004, 55, 559.
13. Angell, C. A. Science 2008, 319, 582.
14. Cavagna, A. Phys. Rep. 2009, 476, 51.
15. Debenedetti, P. G. Metastable Liquids: Concepts and Principles; Princeton University Press: Princeton, NJ, 1996.
16. Smith, R. S.; Huang, C.; Wong, E. K. L.; Kay, B. D. Surf. Sci. 1996, 367, L13.
17. Speedy, R. J.; Debenedetti, P. G.; Smith, R. S.; Huang, C.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 1996, 105, 240.
18. Smith, R. S.; Huang, C.; Kay, B. D. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 6123.
19. Smith, R. S.; Huang, C.; Wong, E. K. L.; Kay, B. D. Phys. Rev. Lett. 1997, 79, 909.
20. Smith, R. S.; Kay, B. D. Surf. Rev. Lett. 1997, 4, 781.
21. Smith, R. S.; Kay, B. D. Recent Res. Dev. Phys. Chem. 1997, 1, 209.
22. Dohnalek, Z.; Ciolli, R. L.; Kimmel, G. A.; Stevenson, K. P.; Smith, R. S.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 1999, 110, 5489.
23. Smith, R. S.; Kay, B. D. Nature 1999, 398, 788.
24. Dohnalek, Z.; Kimmel, G. A.; Ciolli, R. L.; Stevenson, K. P.; Smith, R. S.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 2000, 112, 5932.
25. Smith, R. S.; Dohnalek, Z.; Kimmel, G. A.; Stevenson, K. P.; Kay, B. D. Chem. Phys. 2000, 258, 291.
26. Smith, R. S.; Dohnalek, Z.; Kimmel, G. A.; Stevenson, K. P.; Kay, B. D. The Relationship between the Self-Diffusivity of Supercooled and Amorphous Solid Water. Liq. Dyn. 2002, 820, 198.
27. Smith, R.; Dohnalek, Z.; Kimmel, G.; Teeter, G.; Ayotte, P.; Daschbach, J.; Kay, B. Molecular Beam Studies of Nanoscale Films of Amorphous Solid Water. In Water in Confining Geometries Buch, V., Devlin, J. P., Eds.; Springer-Verlag: Berlin, Germany, 2003; p 337.
28. Smith, R. S.; Zubkov, T.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 2006, 124, 114710.
29. Stevenson, K. P.; Kimmel, G. A.; Dohnalek, Z.; Smith, R. S.; Kay, B. D. Science 1999, 283, 1505.
30. Ayotte, P.; Smith, R. S.; Stevenson, K. P.; Dohnalek, Z.; Kimmel, G. A.; Kay, B. D. J. Geophys. Res., Planets 2001, 106, 33387.
31. Kimmel, G. A.; Dohnalek, Z.; Stevenson, K. P.; Smith, R. S.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 2001, 114, 5295.
32. Kimmel, G. A.; Stevenson, K. P.; Dohnalek, Z.; Smith, R. S.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 2001, 114, 5284.
33. Dohnalek, Z.; Kimmel, G. A.; Ayotte, P.; Smith, R. S.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 2003, 118, 364.
34. Zubkov, T.; Smith, R. S.; Engstrom, T. R.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 2007, 127, 184707.
35. Zubkov, T.; Smith, R. S.; Engstrom, T. R.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 2007, 127, 184708.
36. Cholette, F.; Zubkov, T.; Smith, R. S.; Dohnalek, Z.; Kay, B. D.; Ayotte, P. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 4131.
37. Westley, M. S.; Baratta, G. A.; Baragiola, R. A. J. Chem. Phys. 1998, 108, 3321.
38. Smith, R. S.; Zubkov, T.; Dohnalek, Z.; Kay, B. D. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 4000.
39. Lofgren, P.; Ahlstrom, P.; Chakarov, D. V.; Lausmaa, J.; Kasemo, B. Surf. Sci. 1996, 367, L19.
40. Jenniskens, P.; Banham, S. F.; Blake, D. F.; McCoustra, M. R. S. J. Chem. Phys. 1997, 107, 1232.
41. Lofgren, P.; Ahlstrom, P.; Lausma, J.; Kasemo, B.; Chakarov, D. Langmuir 2003, 19, 265.
42. McClure, S. M.; Barlow, E. T.; Akin, M. C.; Safarik, D. J.; Truskett, T. M.; Mullins, C. B. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 17987.
43. McClure, S. M.; Safarik, D. J.; Truskett, T. M.; Mullins, C. B. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 11033.
44. Kondo, T.; Kato, H. S.; Bonn, M.; Kawai, M. J. Chem. Phys. 2007, 127, 094703.
45. Kondo, T.; Kato, H. S.; Bonn, M.; Kawai, M. J. Chem. Phys. 2007, 126, 181103.
46. Sack, N. J.; Baragiola, R. A. Phys. Rev. B 1993, 48, 9973.
47. Hage, W.; Hallbrucker, A.; Mayer, E.; Johari, G. P. J. Chem. Phys. 1994, 100, 2743.
48. Hage, W.; Hallbrucker, A.; Mayer, E.; Johari, G. P. J. Chem. Phys. 1995, 103, 545.
49. Backus, E. H. G.; Grecea, M. L.; Kleyn, A. W.; Bonn, M. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 236101.
50. Jenniskens, P.; Blake, D. F. Science 1994, 265, 753.
51. Jenniskens, P.; Blake, D. F. Astrophys. J. 1996, 473, 1104.
52. Zimbitas, G.; Haq, S.; Hodgson, A. J. Chem. Phys. 2005, 123, 174701.
53. Safarik, D. J.; Mullins, C. B. J. Chem. Phys. 2002, 117, 8110.
54. Safarik, D. J.; Meyer, R. J.; Mullins, C. B. J. Chem. Phys. 2003, 118, 4660.
55. Safarik, D. J.; Mullins, C. B. J. Chem. Phys. 2003, 119, 12510.
56. Safarik, D. J.; Mullins, C. B. J. Chem. Phys. 2004, 121, 6003.
57. Smith, J. A.; Livingston, F. E.; George, S. M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 3871.
58. Rao, C. N. R.; Rao, K. J. Phase Transitions in Solids; McGraw- Hill: New York, 1978.
59. Doremus, R. H. Rates of Phase Transformations; Academic Press: New York, 1985.
60. Smith, R. S.; Matthiesen, J.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 2010, 133, 174504.
61. Matthiesen, J.; Smith, R. S.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 2010, 133, 174505.
62. Tait, S. L.; Dohnalek, Z.; Campbell, C. T.; Kay, B. D. J. Chem. Phys. 2005, 122, 164707.
63. Devlin, J. P.; Buch, V. J. Phys. Chem. 1995, 99, 16534.
64. Buch, V.; Devlin, J. P. J. Chem. Phys. 1999, 110, 3437.
65. Devlin, J. P. J. Geophys. Res., Planets 2001, 106, 33333.
66. Speedy, R. J.; Angell, C. A. J. Chem. Phys. 1976, 65, 851.
67. Prielmeier, F. X.; Lang, E. W.; Speedy, R. J.; Ludemann, H. D. Phys. Rev. Lett. 1987, 59, 1128.
68. Speedy, R. J. J. Phys. Chem. 1992, 96, 2322.
69. Angell, C. A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 6339.
70. Johari, G. P. Thermochim. Acta 2010, 500, 111.
71. Brown, D. E.; George, S. M.; Huang, C.; Wong, E. K. L.; Rider, K. B.; Smith, R. S.; Kay, B. D. J. Phys. Chem. 1996, 100, 4988.
72. Batista, E. R.; Ayotte, P.; Bilic, A.; Kay, B. D.; Jonsson, H. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 223201.
73. Floriano, M. A.; Handa, Y. P.; Klug, D. D.; Whalley, E. J. Chem. Phys. 1989, 91, 7187.
74. Hallbrucker,A.;Mayer, E.; Johari,G. P. J. Phys.Chem. 1989, 93, 4986.
75. Johari, G. P.; Fleissner, G.; Hallbrucker, A.; Mayer, E. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4719.
76. Elsaesser, M. S.; Winkel, K.; Mayer, E.; Loerting, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 708.
77. Whalley, E.; Klug, D. D.; Handa, Y. P. Nature 1989, 342, 782.
78. Angell, C. A.; Oguni, M.; Sichina, W. J. J. Phys. Chem. 1982, 86, 998.
79. Speedy, R. J. J. Phys. Chem. 1987, 91, 3354.
80. Johari, G. P. Philos. Mag. 1977, 35, 1077.
81. Sceats, M. G.; Rice, S. A. J. Chem. Phys. 1980, 72, 3260.
82. Sceats, M. G.; Rice, S. A. Amorphous Water and Its Relationship to Liquid Water: A Random Network Model for Water. In Water: A Comprehensive Treatise, 1st ed.; Franks, F., Ed.; Plenum Press: New York, 1982; Vol. 7; p 83.