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 Арахнологи описали новый вид пауков, который копирует облик мертвой особи, пораженной паразитическим грибом, чтобы хищники меньше обращали на него внимание. В природе такой гриб заражает хозяина и воздействует на его нервную систему, после чего заставляет подниматься на возвышенность, откуда легче распространять споры. Открытие расширит представления ученых о мимикрии у животных.
Нанопластика становится все больше в диете среднего человека, но ученые ищут способы не дать ему переместиться из еды в организм навсегда. Оказалось, что источником защиты может стать квашеная капуста.
Осенью 1066 года войска англосаксонского короля Гарольда Годвинсона не совершали изнурительный пеший поход с севера Англии на юг, к Гастингсу, где потом потерпели поражение от Вильгельма Завоевателя. На самом деле, англичане прибыли к месту битвы по морю, что заставляет взглянуть на ключевое событие английской истории под иным углом.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Арахнологи описали новый вид пауков, который копирует облик мертвой особи, пораженной паразитическим грибом, чтобы хищники меньше обращали на него внимание. В природе такой гриб заражает хозяина и воздействует на его нервную систему, после чего заставляет подниматься на возвышенность, откуда легче распространять споры. Открытие расширит представления ученых о мимикрии у животных.
20 марта Московскому авиационному институту исполняется 96 лет. За эти годы университет прошел большой путь становления, и во многом его развитие определяли люди, посвятившие себя науке и подготовке инженерных кадров. Один из таких — выдающийся ученый, заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Борис Семенович Зечихин. Более 70 лет его жизнь неразрывно связана с кафедрой 310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» и НИО-310 МАИ. Научная и педагогическая работа Бориса Семеновича получила широкое признание в России и за рубежом, а его вклад в развитие электромеханических специальностей и подготовку инженерных кадров оказал существенное влияние на отечественную авиационную и электротехническую промышленность. Сегодня Борис Семенович продолжает свою работу, участвует в проектах по созданию электрических и гибридных силовых установок, передает опыт и знания молодым специалистам в рамках развития Передовой инженерной школы и всего МАИ в целом.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
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