Forskare har hittat nya metoder för att mäta det inre trycket och ytspänningen hos droppar av nanostorlek som de som är involverade i molnbildning och luftburna föroreningar för att studera hur de beter sig i olika miljöer.

Att förstå hur dessa droppar fungerar i molnbildning är relevant för studiet av klimatförändringar. Liknande, luftburna föroreningar kan också komma i form av nanodroppar. Nanosiserade droppar vätska används också i laboratorier för att fungera som "reaktorer" i nanoskala - små behållare för att rymma kemiska reaktioner vid hög koncentration. För att förstå hur nanodroplets beter sig i vart och ett av dessa sammanhang, en forskare måste kunna mäta egenskaper som inre tryck och ytspänning.

Ny forskning utförd av Feng Wang, U av en docent i fysisk kemi, tillsammans med doktoranden Kai-Yang Leong, har hittat metoder för att beräkna dessa egenskaper. Forskningen, finansierad av National Science Foundation, publicerades i Journal of Chemical Physics .

Wang förklarade att eftersom nanoskala droppar är mycket böjda, deras ytspänning kan inte beräknas på samma sätt som ytspänningen för vätska med en plan yta. Dessa små droppar är också svåra att studera eftersom de avdunstar snabbt.

"En avgörande förståelse för ytspänningen hos nanodroppar är långt ifrån uppnådd, "sa forskarna i sin artikel.

För att hitta ytspänningen, forskare måste känna till droppens inre tryck. Etablerade metoder för beräkning av tryck i vätskor använder en mätning som kallas virialt tryck, som använder kraft och avstånd för att beräkna tryck. Dessa metoder fungerar bra för stora mängder vätska men inte för små droppar, där mindre förändringar i avstånd har en mer uttalad effekt.

Wang och Leong använde U of A High Performance Computing Center för att utveckla en ny metod för att beräkna det inre trycket hos en nanodroplet.

Med hjälp av en typ av datormodellering som kallas molekylär dynamiksimulering, forskarna kunde beräkna det inre trycket hos nanodroppar genom att först fastställa sambandet mellan densiteten och trycket hos dropparna. Eftersom vattnets densitet kunde fastställas, forskarna kan sedan använda detta som en proxy för att beräkna trycket.

"Som vi förstår det, användningen av en proxy för att mäta tryck inte har gjorts i en simulering, "sa de i tidningen.