Forskning viser ny tilgang til undersøgelse af egenskaber ved nanodråber

Forskere har fundet nye metoder til at måle det indre tryk og overfladespænding af nanostørrelser væskedråber som dem, der er involveret i skydannelse og luftbårne forurenende stoffer for at undersøge, hvordan de opfører sig i forskellige miljøer.

At forstå funktionen af ​​disse dråber i skydannelse er relevant for undersøgelsen af ​​klimaændringer. Tilsvarende luftbårne forurenende stoffer kan også komme i form af nanodråber. Nanoserede dråber væske bruges også i laboratorier til at fungere som "reaktorer" i nanoskala - små beholdere til at rumme kemiske reaktioner ved høj koncentration. For at forstå, hvordan nanodråber opfører sig i hver af disse sammenhænge, en forsker skal være i stand til at måle egenskaber som indre tryk og overfladespænding.

Ny forskning udført af Feng Wang, U af en lektor i fysisk kemi, sammen med kandidatstuderende Kai-Yang Leong, har fundet metoder til at beregne disse egenskaber. Forskningen, finansieret af National Science Foundation, blev offentliggjort i Journal of Chemical Physics .

Wang forklarede, at fordi dråber i nanoskala er stærkt buede, deres overfladespænding kan ikke beregnes på samme måde som overfladespændingen af ​​væske med en flad overflade. Disse små dråber er også svære at studere, fordi de fordamper hurtigt.

"En afgørende forståelse med hensyn til overfladespændingen af ​​nanodråber er langt fra opnået, "sagde forskerne i deres papir.

For at finde overfladespændingen, forskere skal kende dråbens indre tryk. Etablerede metoder til beregning af tryk i væsker anvender en måling kaldet virialt tryk, som bruger kraft og afstand til at beregne tryk. Disse metoder fungerer godt for store mængder væske, men ikke for små dråber, hvor mindre ændringer i afstand har en mere udtalt effekt.

Wang og Leong brugte U of A High Performance Computing Center til at udvikle en ny metode til beregning af det interne tryk på en nanodroplet.

Ved hjælp af en type computermodellering kaldet molekylær dynamiksimulering, forskerne var i stand til at beregne det interne tryk af nanodråber ved først at fastslå forholdet mellem tætheden og trykket af dråberne. Da vandets tæthed kunne fastslås, forskerne kunne derefter bruge dette som en proxy til at beregne trykket.

"Så vidt vi ved, brug af en proxy til at måle tryk ikke er blevet udført i en simulering, "sagde de i avisen.