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 Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Международная группа ученых впервые определила природу необычных космических вспышек, которые оставались загадкой для науки на протяжении нескольких лет.
Тысячу лет назад колоссальный степной пояс от Амура до Дуная назывался Великой степью. На Руси его знали как Дикую степь. В этом краю жили кочевники, и среди них — хищная птица сокол-балобан. Сейчас цельной трансконтинентальной популяции балобана больше нет. Небольшой европейский островок уцелел в Венгрии, Австрии и в Крыму. Есть популяция в Казахстане, Монголии и Китае. В России сокол-балобан, помимо Крыма, живет в горах Южной Сибири. И выживание этой популяции, как и всего вида, под угрозой. Как живет эта птица и как ей помогают в нашей стране? Зачем в Хакасии посреди «нигде» построили огромный облёточник? Буквально сегодня в него уже доставили первую партию птиц.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
На высоте более 90 километров над поверхностью нашей планеты — то есть почти в космосе — мимо нее проследовал метеороид размером всего несколько сантиметров. Сразу три инфразвуковых станции зафиксировали во время этого события шумовой удар, который потребовал объяснения.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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