Bliver slyngel:Forskere anvender gigantisk bølgemekanik på en nanometrisk skala

Forskere har vist, hvordan principperne for slyngelbølger – enorme bølger på 30 meter, der opstår uventet i havet – kan anvendes på nanoskala med snesevis af anvendelser fra medicin til fremstilling.

Længe anset for at være en myte, slyngelstater bølger rammer fra forholdsvis rolige omgivelser, smadrer olieboreplatforme og skibe på deres vej. I modsætning til tsunamier dannes slyngelbølger ved en tilfældig kombination af mindre bølger i havet, hvilket skaber en begivenhed, der er meget sjælden.

Der har været meget forskning i slyngelbølger i de senere år, men nu viser forskere for første gang, hvordan dette kan anvendes i meget mindre skala – nanometrisk. En nanometer er en million gange mindre end tykkelsen af ​​siden i en bog. Dette er en helt ny tilgang til væskers adfærd på en nanometrisk skala, udgivet som et brev i Physical Review Fluids .

Hullerne og bumpene forårsaget af slyngelbølger kan manipuleres til spontant at producere mønstre og strukturer til brug i nanofremstilling (fremstilling i en skala en milliardtedel af en meter). For eksempel dannede der mønstre, at sprængende flydende film kan bruges til at bygge mikro-elektroniske kredsløb, som kunne bruges til fremstilling af billige komponenter til solceller. Desuden kunne opførselen af ​​tynde væskelag være med til at forklare, hvorfor millioner af mennesker verden over lider af tørre øjne. Dette sker, når tårefilmen, der dækker øjet, brister.

Gennem direkte simuleringer af molekyler og nye matematiske modeller opdagede undersøgelsen ledet af University of Warwicks Mathematics Institute, hvordan nanoskopiske lag af væske opfører sig på kontraintuitive måder. Mens et spildt lag kaffe på et bord kan sidde tilsyneladende ubevægeligt, skaber den kaotiske bevægelse af molekyler på nanoskalaen tilfældige bølger på en væskes overflade.

En sjælden hændelse opstår, når disse bølger konspirerer for at skabe en stor "rogue nanobølge", der bryder igennem laget og skaber et hul. Den nye teori forklarer både hvordan og hvornår dette hul er dannet, hvilket giver ny indsigt i en tidligere uforudsigelig effekt ved at tage deres store oceaniske fætre som en matematisk plan.

Holdet af forskere er begejstrede for potentialet i denne forskning i forskellige industrier; ansøgningerne er vidtrækkende.

Professor James Sprittles, Mathematics Institute, University of Warwick, sagde:"Vi var glade for at opdage, at matematiske modeller oprindeligt udviklet til kvantefysik og for nylig anvendt til at forudsige slyngelstater havbølger er afgørende for at forudsige stabiliteten af ​​nanoskopiske væskelag."

"I fremtiden håber vi, at teorien kan udnyttes til at muliggøre en række nanoteknologier, hvor det er afgørende at manipulere, hvornår og hvordan lag brister. Der kan også være anvendelser inden for relaterede områder, såsom emulsioners adfærd, fx i fødevarer eller maling. , hvor stabiliteten af ​​tynde flydende film dikterer deres holdbarhed."

Forskningen er publiceret i tidsskriftet Physical Review Fluids .

Flere oplysninger: James E. Sprittles et al., Rogue nanowaves:A route to film rupture, Physical Review Fluids (2023). DOI:10.1103/PhysRevFluids.8.L092001

Leveret af University of Warwick