I betragtning af, hvordan friktionen maksimeres, når væsker flyder på nanoskala

Dynamikken i, hvordan væsker opfører sig, når de er indespærret i et rum i nanoskala, såsom nanokanaler, nanorør eller nanoporer, er nøglen til at forstå et væld af processer, herunder smøring, filtrering og endda energilagring.

Dynamikken af ​​væsker på nanoskala er dog anderledes end adfærd i indespærring på makroskala. En af de vigtigste forskelle, som en reduktion i skalaen skaber, er friktion og forskydning mellem væsken og dens faste beholder. Og yderligere komplikationer opstår i systemer med solid-til-solid kontakt med funktioner som slid, mikrogruber og slid.

En ny artikel offentliggjort i The European Physical Journal E og forfattet af Shan Chen, fra State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites ved Beijing University of Chemical Technology, Kina, bruger simuleringer af molekylær dynamik til at se på de friktionsinducerede nano-begrænsede væsker.

Simuleringen blev oprettet ved hjælp af Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS), som lettede undersøgelsen af, hvordan egenskaberne af en indesluttet væske i samarbejde påvirker friktionskraften mellem en væskesøjle og indesluttende faste substrater. Forfatterne overvejede tre forskellige strømningstyper og vurderede, hvordan disse ændrede sig med væskehastigheden.

Holdet simulerede strømme af Lennard-Jones (LJ) kædelignende væske indkapslet i en solid cylindrisk nanopore med atomisk glatte overflader. For at replikere effekten af ​​fast/fast kontakt på væske/fast friktion introducerer forfatterne modelgeometrier gennem stempler.

Et af disse stempler blev placeret på venstre side af den indesluttede væske og gav en drivkraft, der skubbede væskesøjlen, mens stemplet på højre side var frit bevægeligt.

Den resulterende simulering afslører eksistensen af ​​en variabel, der tidligere ikke blev betragtet — molekylær tilstopning — på væske/faststoffriktion. Dette opstår i den stærkt indesluttede væske, siger forskerne, fra den førnævnte faste til faste kontakt.

Dette resulterer i en modificeret strømningsdelingsegenskaber ved prop og Poiseuille-flow — væskestrømmen mellem to uendeligt lange parallelle plader — der er anderledes på nanoskalaen end standard Poiseuille-flowet observeret på makroskalaen. + Udforsk yderligere

Forskere identificerer væskelignende atomer i tætpakkede faste glas