Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы даете согласие на обработку персональных данных и подтверждаете ознакомление с Политикой.
Физики показали, когда на самом деле наступает равновесие в несмешивающихся жидкостях
Исследователи из Центра вычислительной физики МФТИ разработали автоматический метод, который позволит объективно определять момент, когда система действительно достигает равновесия в молекулярно-динамической симуляции. Вместо привычного «на глаз»-анализа они предложили точный и воспроизводимый подход, критически важный для надежного моделирования сложных молекулярных систем.
Определение точки равновесия в молекулярно-динамических симуляциях по границе двух несмешивающихся жидкостей, находящихся внутри узких нанопор,— одна из ключевых задач современной вычислительной физики. В таких системах, например углеводород—вода—кальцит в нанопоре, разные параметры — контактный угол, толщина смачивающего слоя и распределение плотности внутри капли — приходят к равновесию на разных временных шкалах. Поэтому видимая стабилизация формы капли не означает, что вся система находится в равновесии. Это приводит к ошибкам при усреднении данных и неверным выводам о смачиваемости, что критично для моделирования процессов добычи нефти.
«У нас периодически возникает потребность в проведении большого количества молекулярно-динамических расчетов. Необходимо как-то определять точку выхода на равновесие того или иного физического параметра системы для повышения качества данных», — объяснил Тимур Гуськов, младший научный сотрудник Центра вычислительной физики МФТИ, аспирант кафедры вычислительной физики конденсированного состояния и живых систем МФТИ.
Авторы впервые применили современный алгоритм автоматического усечения данных на основе статистического метода к интерфейсам (граница между жидкостями) жидкость—жидкость в нанопоре кальцита, на примере чистый н-декан, чистый бензол и их смесь. Для прямой проверки плотности внутри капли они разработали новый дескриптор MF — математический показатель, характеризующий профиль плотности капли. Он не привязан к геометрии интерфейса, что позволяет отслеживать равновесие отдельных компонент даже в смесях. Статья опубликована в журнале Molecular Simulation.
Расчеты показали, что в системах углеводород—вода—кальцит контактный угол и макроскопическая форма капли стабилизируются в 10–200 раз быстрее, чем ее внутренняя структура. Перераспределение молекул углеводородов внутри капли может продолжаться еще десятки наносекунд после того, как форма капли уже «замерла».
Также они обнаружили, что при слабом усреднении метод PANDA-NN (автоматический расчет контактного угла по плотностным профилям) систематически завышает угол до +4,7°. Поэтому ученые предложили практический протокол: сначала определять момент равновесия при малом усреднении, а затем пересчитывать угол при большем усреднении. Это устраняет систематическую ошибку и повышает точность расчета.
«Плотность устаканивается дольше, чем форма интерфейса. То есть для понимания структуры капли необходимо моделировать систему несколько дольше, чем для обычных расчетов контактных углов. В особенности это важно для систем, в которых диффузия и адсорбция происходят медленно», — подчеркнул Илья Копаничук, старший научный сотрудник Центра вычислительной физики МФТИ.
Предложенный подход делает результаты молекулярного моделирования надежными и воспроизводимыми. Он особенно востребован в нефтедобыче (карбонатные коллекторы), хранении CO₂, разработке мембран и наноматериалов.
«Впоследствии мы планируем изучать динамические свойства ограниченных интерфейсов, а также влияние шероховатости поверхностей на их смачиваемость. В этом нам помогут проработанные в данном исследовании подходы, которые уже активно внедряются в наши расчеты», — поделился Николай Кондратюк, исполнительный директор Центра вычислительной физики МФТИ.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда [грант номер 25-13-00313].
Telegram 
Дзен 
VK Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
Ученые, похоже, приблизились к разгадке происхождения пшеницы мягкой — той самой, из которой делают большую часть хлеба и другие мучные изделия. Согласно авторам нового исследования, она, предположительно, появилась 8000 лет назад на территории современной Грузии и Армении.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
Поставщик элементов окололунной станции попытался сдать клиентам изделия, подвергшиеся коррозии еще до начала его монтажа. Об этом заявил новый глава NASA Джаред Айзекман. Защищая свою позицию, поставщик сообщил, что ранее он поставлял модули с коррозией для МКС, но они все равно до сих пор работают. NASA использует скандал для отказа от алогичного проекта Lunar Gateway, обитаемой космической станции на окололунной орбите.
Ученые, похоже, приблизились к разгадке происхождения пшеницы мягкой — той самой, из которой делают большую часть хлеба и другие мучные изделия. Согласно авторам нового исследования, она, предположительно, появилась 8000 лет назад на территории современной Грузии и Армении.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
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