Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Физики изучили способность жидкости переходить в стеклообразное состояние под действием давления
Ученые из МФТИ, НИУ ВШЭ и ОИВТ РАН показали, что жидкость может перейти в стеклообразное состояние под действием давления. Эта работа не только раскрывает механизм перехода, заполняя пробелы в фундаментальных вопросах физики, но и предлагает подход, с высокой точностью моделирующий поведение материалов в экстремальных условиях.
Витрификация (стеклование) вещества — это переход жидкости в стеклообразное (аморфное) твердое состояние. Этот процесс может происходить как за счет температурных изменений, так и под высоким давлением. Большинство исследований посвящено переходу при снижении температуры. Физики из МФТИ с коллегами в своей работе подробно изучили второй механизм перехода — за счет повышения давления — на примере 1-метилнафталина, углеводородной жидкости. Результаты опубликованы в Journal of Molecular Liquids.
«Мы хотели разобраться, как жидкости превращаются в стекло, если не охлаждать их, а сильно сжимать. Хотя теория стеклования при охлаждении довольно хорошо проработана, теория стеклования под высоким давлением развита слабо. При этом в технике — в дизельных двигателях, мощных редукторах или подшипниках — давление может достигать тысяч атмосфер, и там теоретически тоже может происходить стеклование, что влияет на свойства смазок и промышленных жидкостей», — рассказал Николай Кондратюк, исполнительный директор Центра вычислительной физики МФТИ.
Ученые использовали молекулярно-динамические расчеты поведения жидкости в процессе сжатия при постоянной температуре. Они создали вычислительные ячейки из 512 молекул и меняли давление. После чего рассчитали ключевые характеристики жидкости: вязкость, диффузию, релаксационные времена и энтропию. Результаты показали, что в этом веществе происходит динамический переход, сопровождающийся увеличением вязкости сверхэкспоненциально. Исследователи обнаружили, что движение молекул разделяется на виды. Поэтому поступательная диффузия замедляется одним образом, а вращательная — другим. Эта разница поведений — основная характеристика приближения состояния жидкости к стеклованию. Моделирование дало значение давления (3500 атмосфер), при котором система начинает вести себя как переохлажденная жидкость на пути к аморфному состоянию.
«Основная сложность — обеспечить точность и стабильность расчетов в экстремальных условиях. При высоком сжатии малейшая неточность в описании сил взаимодействия между молекулами приводит к большим ошибкам в результатах. Нам пришлось тщательно проверять и валидировать нашу молекулярную модель, сверяя ее с имеющимися экспериментальными данными при более низких давлениях. Кроме того, процессы в переохлажденной жидкости протекают очень медленно, поэтому для получения надежных данных потребовались длительные и ресурсоемкие расчеты», — дополнил Борис Никитюк, младший научный сотрудник Центра вычислительной физики МФТИ, аспирант второго года кафедры вычислительной физики конденсированного состояния и живых систем МФТИ.
Метод молекулярной динамики с точным описанием межатомного взаимодействия, предложенный исследователями, подходит для многих жидкостей. Ученые обнаружили структурный параметр — парную энтропию, которую оказалось возможно использовать в качестве универсального критерия для определения перехода в переохлажденное состояние перед стеклованием. Такой подход можно применять для скрининга и исследования молекулярных жидкостей (смазок, полимеров и растворителей) в поисках условий стеклования под давлением без сложных экспериментов.
Эта модель перспективна для проектирования эффективных и надежных смазочных материалов для высоконагруженных узлов трения (шестерен, подшипников) в транспортной промышленности. Она позволит понять, при каких давлениях начинаются нежелательные явления, связанные с резким ростом вязкости и потерей текучести. Это поможет не только создавать смазочные жидкости с необходимыми характеристиками и точно предсказывать их поведение.
«Мы планируем расширить круг изучаемых веществ, чтобы проверить универсальность найденных закономерностей, включая парную энтропию. Также интересно исследовать, как меняются непосредственно структурные свойства жидкости в окрестности этого перехода, и провести более детальный анализ возникающих динамических неоднородностей. В перспективе это позволит создать более полную теоретическую картину стеклования под давлением и, возможно, предложить практические рекомендации для химиков, разрабатывающих новые материалы», — прокомментировал Василий Писарев, доцент кафедры вычислительной физики конденсированного состояния и живых систем МФТИ, ведущий научный сотрудник международной лаборатории суперкомпьютерного атомистического моделирования и многомасштабного анализа НИУ ВШЭ, заведующий лабораторией №14.2 теории конденсированного состояния в ОИВТ РАН.
Telegram 
Дзен 
VK Голоса «детей» викторианской эпохи показали, как индустриализация изменила акценты английского языка
Современные акценты английского языка во многом отражают социально-экономические процессы, происходившие в Великобритании в викторианскую эпоху, то есть с 1837 года по 1901 год. Лингвисты доказали это, проанализировав архивные аудиозаписи разговоров с людьми, которые родились в указанный период и после него.
В 1980-х годах большую популярность приобрела борьба с озоновыми дырами. Из-за нее хладагенты из хлорфторгулеродов заменили на аналоги из гидрофторуглеродов. Теперь ученые выяснили, что эта замена — как и следующие за ней, уже в рамках борьбы с глобальным потеплением — ведет к накоплению в атмосфере довольно опасных «вечных химикатов».
Физики экспериментально доказали, что частицы вещества при рождении сохраняют квантовую запутанность виртуальных предшественников. Пары лямбда-гиперонов и антилямбд появлялись на свет с синхронизированными спинами, которые они унаследовали от энергетических флуктуаций пустоты. Закономерность объяснила, как материя переходит из скрытого квантового состояния в физический мир, раскрыв еще один ключ к природе возникновения массы.
Биологи использовали данные отлова змей за 22 года, чтобы объяснить появление редких ядовитых рептилий в засушливых и нетипичных для них районах штата Гоа. Анализ показал, что королевские кобры Западных Гат используют железнодорожную сеть как скоростной коридор для расселения, случайно путешествуя в товарных вагонах из родных лесов к побережью.
Астрономы впервые напрямую связали основание гигантского джета с «тенью» первой «сфотографированной» сверхмассивной черной дыры M87*. Анализ данных, полученных с помощью Телескопа горизонта событий (EHT), позволил проследить, где именно формируется релятивистская струя и лучше понять механизмы ее возникновения.
Яркий надувной тюбинг, в народе прозванный «ватрушкой», стал символом зимнего отдыха. Он кажется удобным, мягким и потому — безопасным. Это ощущение обманчиво и ежегодно приводит к тысячам серьезных травм. В чем же кроется фундаментальная опасность этого популярного развлечения? На этот вопрос для нашего издания ответил Олег Рубан, кандидат технических наук, доцент кафедры физики РТУ МИРЭА, объяснив, почему законы физики превращают безобидный на вид тюбинг в неуправляемый снаряд.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно