Геометрия как решающий фактор: ученые нашли объяснение поведению жидкостей в нанопорах
Ученые Центра вычислительной физики МФТИ выяснили, почему жидкости сворачиваются в цилиндр в щелевых порах. Они изучили поведение несмешивающихся жидкостей в узких прямоугольных ячейках. Исследование актуально для нефтяной инженерии, материаловедения и микрофлюидики.
Это исследование — продолжение работ по разработке алгоритма PANDA, который моделирует поведение несмешивающихся жидкостей в квадратных нанощелях. С его помощью авторы обнаружили шесть форм поверхностей раздела жидкостей, тогда как в научных работах описывалась только одна. Оказалось, что геометрия ячейки критически важна для определения стабильной формы поверхности. В результате нового исследования ученые выяснили, почему в квадратных нанощелях можно получить поверхности разных форм, а в прямоугольных преобладает форма рулона. Работа опубликована в журнале Molecular Simulation.
«Мы разгадали эту загадку. Дело в том, что исследователи берут сильно прямоугольную ячейку для экономии расчетного времени. Это с вероятностью более 90% делает невозможным появление экзотических форм капель, сводя все расчеты к одной-единственной форме рулона или цилиндра»,— пояснил Илья Копаничук, старший научный сотрудник Центра вычислительной физики МФТИ.
Физики обобщили классификацию форм поверхности на прямоугольные щели, введя параметр сжатия. Они построили диаграммы стабильности и подтвердили результаты в численном эксперименте в молекулярно-динамической симуляции на примере системы кальцит/н-декан/вода.
Исследование показало, что при увеличении асимметрии щели (например, одна сторона в два раза больше другой) проявление формы рулона или цилиндра превышает 50% от других конфигурации. Это практически в два раза больше, чем в случае симметричной квадратной ячейки. Проверка предложенной теории на примере системы кальцит/н-декан/вода полностью подтвердила эти предсказания.
«Преобладание цилиндрической формы было предсказуемо, но мы не ожидали, что настолько. В реальных расчетах с прямоугольными ячейками, где отношение сторон более 3, шанс найти другую форму менее 10%», — отметил Степан Шистко, студент третьего курса Физтех-школы электроники, фотоники и молекулярной физики, участник менторской программы МФТИ.
Результаты исследования объясняют природу поведения жидкостей на наноуровне, показывая критическое влияние геометрии ячейки на форму поверхности. Результаты работы совершенствуют моделирование в различных масштабах — от атомистического к макромасштабу. Это увеличит точность симуляции поведения жидкостей в нанопорах, что позволит улучшить методы повышения нефтеотдачи, проектрировку потоков в порах для разработок эффективных лабораторий-на-чипе и фильтрации загрязнений.
«Мы доказали, что наш алгоритм PANDA будет работать и с ячейками с прямоугольным основанием. Это позволит на порядок ускорить расчеты краевых углов. Мы используем результаты работ по этому циклу для совершенствования своего алгоритма PANDA — он активно применяется в проектах нефтегазовой промышленности», — рассказал Алексей Семенчук, учащийся программы iPhD Физтех-школы физики и исследований им. Ландау.
«Жизненный цикл начальной идеи 2020 года про геометрический подход к исследованиям формы поверхности раздела жидкостей в щелях в приближении сплошной среды уже подходит к концу. Следующая наша работа про динамические краевые углы закроет тему окончательно. Планируем двигаться дальше!» — добавил Илья Копаничук.
Telegram 
Дзен 
VK В позднеантичном Риме императорским указом мужчинам запретили носить длинные волосы. Автор нового исследования пришел к выводу, что введение этого запрета объяснялось необходимостью сохранения римской идентичности в условиях усиливающегося распада империи и нарастающего торжества варваров.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Коллектив российских ученых из Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН и МФТИ впервые детально описал синоптическую изменчивость плюма реки Печоры, который формируется в юго-восточной части Баренцева моря, называемой Печорским морем. Исследование показало, что эта опресненная водная масса способна резко разрастаться до площади 55 тысяч квадратных километров (более 60 процентов всего Печорского моря) не только во время весеннего половодья, когда речной сток максимален, но и в любой месяц лета, при условии что на нее воздействует ветер подходящего направления и скорости. Более того, ученые зафиксировали два редких, но регулярных явления: «линзы» пресной воды, отсоединившиеся от основного плюма, которые дрейфуют на сотни километров к Новой Земле, и частые затоки печорских вод в Карское море через пролив Карские Ворота.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
В позднеантичном Риме императорским указом мужчинам запретили носить длинные волосы. Автор нового исследования пришел к выводу, что введение этого запрета объяснялось необходимостью сохранения римской идентичности в условиях усиливающегося распада империи и нарастающего торжества варваров.
Авторы нового исследования выяснили, что жители каменного века начали целенаправленно менять окружающую среду в южной части Норвегии задолго до появления земледелия. Приблизительно 7000 лет назад они переселили рыбу в одно из горных озер и таким образом создали новый источник пищи, а затем построили сложную систему ловушек, которая прослужила не одно столетие.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Видеосервисы стали неотъемлемой частью жизни россиян. В 2026 году охваты большинства платформ продолжают расти, в том числе YouTube.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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