Dynamiken i hur vätskor beter sig när de är instängda i ett utrymme i nanoskala som nanokanaler, nanorör eller nanoporer, är nyckeln till att förstå en mängd processer inklusive smörjning, filtrering och till och med energilagring.

Dynamiken hos vätskor på nanoskala skiljer sig dock från beteende i instängdhet på makroskala. En av de viktigaste skillnaderna som en minskning av skalan skapar är friktion och skjuvning mellan vätskan och dess fasta behållare. Och ytterligare komplikationer uppstår i system med fast till fast kontakt med egenskaper som slitage, mikrogropar och repor som skapas.

En ny artikel publicerad i The European Physical Journal E och författad av Shan Chen, från State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites vid Beijing University of Chemical Technology, Kina, använder simuleringar av molekylär dynamik för att titta på de friktionsinducerade nano-begränsade vätskorna.

Simuleringen skapades med hjälp av Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS) som underlättade undersökningen av hur egenskaperna hos en innesluten vätska samverkar påverkar friktionskraften mellan en vätskekolonn och inneslutande fasta substrat. Författarna övervägde tre olika flödestyper och bedömde hur dessa förändrades med vätskehastigheten.

Teamet simulerade flöden av Lennard-Jones (LJ) kedjeliknande vätska inkapslad i en solid cylindrisk nanopor med atomärt släta ytor. För att replikera effekten av fast/fast kontakt på vätske/fast friktion introducerar författarna modellgeometrier genom kolvar.

En av dessa kolvar placerades på vänster sida av den inneslutna vätskan och gav en drivkraft som tryckte på vätskepelaren, medan kolven på höger sida var fritt rörlig.

Den resulterande simuleringen avslöjar förekomsten av en variabel som tidigare inte ansetts — molekylär igensättning — på vätske-/fastämnesfriktion. Detta uppstår i den starkt instängda vätskan, säger forskarna, från den tidigare nämnda fasta till fasta kontakten.

Detta resulterar i ett modifierat flödesdelningsdrag hos plugg- och Poiseuille-flödet— vätskeflödet mellan två oändligt långa parallella plattor — som skiljer sig på nanoskala än standard-Poiseuille-flödet observerat på makroskala. + Utforska vidare

Forskare identifierar vätskeliknande atomer i tätt packade fasta glas