Forskare har avslöjat de exakta molekylära mekanismerna som får droppar vätska att kombinera, i en upptäckt som kan ha en rad applikationer.

Insikter om hur droppar går samman kan bidra till att göra 3D-utskriftstekniker mer exakta och kan bidra till att förbättra prognosen för åskväder och andra väderhändelser, studien föreslår.

Simulerade interaktioner

Ett team av forskare från universiteten i Edinburgh och Warwick körde molekylära simuleringar på en superdator för att analysera interaktioner mellan små krusningar som bildas på ytan av droppar.

Dessa krusningar-kända som termiska kapillärvågor-är för små för att detekteras med blotta ögat eller med hjälp av de mest avancerade experimentella teknikerna.

Forskare fann att dessa små vågor korsar klyftan mellan närliggande droppar och tar den första kontakten mellan dem.

När dropparna har rört sig, flytande molekyler drar ihop de två ytorna som dragkedjan på en jacka, säger laget. Detta leder till en fullständig sammanslagning av dropparna.

Flytande beteende

Att studera dynamiken i sammanslagning av droppar kan bidra till att förbättra förståelsen för de förhållanden som orsakar regndroppar för att utveckla stormmoln, säger laget.

Teamet använde ARCHER UK National Supercomputing Service - som drivs av EPCC, universitetets högpresterande datoranläggning-för att köra sina simuleringar.

Dessa använde tusentals processorer för att modellera interaktioner mellan nästan fem miljoner atomer.

Forskningen, publicerad i tidningen Fysiska granskningsbrev , fick stöd av Engineering and Physical Sciences Research Council.

"Vi har nu en god förståelse för hur droppar kombineras på molekylär nivå. Dessa insikter, i kombination med befintlig kunskap, kan göra det möjligt för oss att bättre förstå tillväxt och utveckling av regndroppar i åskväder, eller förbättra kvaliteten på utskriftstekniken. Forskningen kan också hjälpa till med utformningen av nästa generations vätskekylningssystem för ny kraftfull elektronik, "säger Sreehari Perumanath, Ingenjörshögskolan, University of Edinburgh.

"Det teoretiska ramverket som utvecklats för vågorna på nanoskala droppar gjorde att vi kunde förstå Edinburghs anmärkningsvärda molekylära simuleringsdata. Kritiskt sett, den nya teorin gör att vi kan förutsäga beteendet hos större droppar i teknisk skala, som är för stora för att ens ARCHER ska fånga, och möjliggöra nya experimentella upptäckter, "säger Dr James Sprittles, Matematikinstitutet, University of Warwick.