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

På nanoskalaen er den dominerende intermolekylære kraft, der styrer strømmen af ​​væsker, viskositeten. Viskositet er et mål for en væskes modstand mod strømning, og den opstår fra vekselvirkningerne mellem væskens molekyler. Generelt gælder det, at jo højere en væskes viskositet er, jo større friktion oplever den, når den flyder.

På nanoskalaen er væskers viskositet væsentligt påvirket af væskens indeslutning i nanokanaler eller nanoporer. Denne indespærring fører til flere faktorer, der bidrager til øget friktion:

1. Forøget overfladeareal: Nanokanaler eller nanoporer har et stort forhold mellem overfladeareal og volumen sammenlignet med systemer i større skala. Når væsken strømmer gennem disse afgrænsede rum, interagerer væskens molekyler hyppigere med overfladeatomer eller molekyler, hvilket fører til øget friktion.

2. Overfladeruhed: Overfladerne på nanokanaler eller nanoporer er ofte ikke helt glatte, og tilstedeværelsen af ​​ruhed eller uregelmæssigheder kan øge friktionen yderligere. Når væsken strømmer, støder den på disse overfladeuregelmæssigheder, som kan få molekylerne til at kollidere og opleve modstand, hvilket fører til øget friktion.

3. Intermolekylære kræfter: På nanoskalaen bliver intermolekylære kræfter mere udtalte på grund af den tætte nærhed af molekyler. Disse kræfter, såsom van der Waals-kræfter og elektrostatiske interaktioner, kan tiltrække eller frastøde væskens molekyler til overfladen af ​​nanokanalen eller nanoporen. Denne vekselvirkning kan hindre væskestrømmen og bidrage til øget friktion.

4. Flydende lagdeling: I nanokanaler kan væskemolekylerne nær overfladen arrangere sig i adskilte lag på grund af den stærke vekselvirkning med overfladen. Disse lag kan udvise forskellige strømningsegenskaber sammenlignet med bulkvæsken, hvilket fører til yderligere friktion.

5. Løsningseffekter: Når en væske strømmer gennem nanokanaler eller nanoporer, kan opløsningsmiddelmolekylerne interagere med overfladeatomerne eller molekylerne og danne et solvatiseringslag. Egenskaberne af dette solvatiseringslag kan påvirke væskens strømningsadfærd, hvilket potentielt øger friktionen.

Som et resultat af disse faktorer kan friktionen oplevet af væsker, der flyder på nanoskala, være betydeligt højere sammenlignet med større systemer. Denne øgede friktion kan påvirke forskellige applikationer, herunder mikrofluidik, nanofluidik og smøring i nanoskala, og det kræver omhyggelig overvejelse og tekniske strategier for at afbøde dens virkninger.