Физики создали «панду» для расчета углов смачивания в численном эксперименте
Российские ученые создали универсальный алгоритм PANDA для упрощения молекулярного моделирования углов смачивания в наномасштабе. Метод рассчитывает угол смачивания с помощью одномерного профиля плотности.
Результаты опубликованы в журнале Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.
Краевые углы смачивания характеризуют взаимодействие между молекулами твердой поверхности и жидкости. Знание контактного угла между материалами позволит прогнозировать их поведение, определять чистоту поверхности, помогает в создании гидрофобных и гидрофильных покрытий. Теоретические и численные методы расчета контактного угла требуют ввода большого числа параметров и зависят от определения положения поверхности раздела фаз. Это является проблемой, поскольку понятие «поверхность раздела» условное, и критериев ее нахождения множество.
«Мы избавили исследователей в области молекулярного моделирования от необходимости искать положение поверхности раздела — это позволило сократить число настраиваемых гиперпараметров до двух вместо 8–10, использованных в аналогичных методах. Не нужно больше подгонять метод расчета углов под каждую пару жидкость—твердое, PANDA универсален в этом отношении. И уж тем более больше не надо прикладывать к снимку системы транспортир», — рассказал Илья Копаничук, старший научный сотрудник Центра вычислительной физики МФТИ.
Метод основывается на аналитических выражениях, описывающих формы поверхности одномерных профилей плотности для различных типов поверхностей, которые образуются между несмешивающимися жидкостями, например, между нефтью и водой. Профиль плотности показывает, как молекулы распространяются по пространству щели. В работе рассмотрены все возможные формы поверхности раздела между двумя жидкостями в плоской щели.
Метод PANDA рассчитывает угол смачивания с помощью одномерного профиля плотности. Выражения для аналитического профиля плотности задаются тремя параметрами: объемной долей несмачивающей жидкости, размером ячейки и величиной контактного угла. Если зафиксировать первые два, что довольно легко при старте расчет, то значение угла можно получить с помощью процедуры оптимизации отклонения аналитического профиля плотности от профиля, полученного в численном эксперименте.
Ученые протестировали алгоритм на примере синтетических данных и данных молекулярно-динамических расчетов. PANDA продемонстрировал высокую точность с ошибкой менее одного процента для большинства контактных углов на синтетике. На данных молекулярно-динамических расчетов алгоритм показал лучшее согласие с реальными экспериментами, чем сами эксперименты между собой.
PANDA упрощает анализ плотности в наномасштабе, устраняя необходимость поиска поверхности раздела. Он сокращает количество настраиваемых параметров до двух, что делает его универсальным и простым в использовании. Это приводи к тому, что алгоритм применим для любой системы без предварительной настройки параметров под конкретный состав.
Одним из ограничений PANDA является необходимость визуализации формы капли по разработанной номенклатуре (пончик, капля и тд). Ученые планируют снять это ограничение с помощью обучения нейросети PointNet. Благодаря чему расчет угла контакта смачивания методом молекулярной динамики станет полностью автоматическим.
Метод PANDA еще требует доработки для использования в настоящем физическом эксперименте. Одна из поставленных задач — разработать универсальный метод оценки краевых углов по интерференционной картине от капель жидкости. Решение этой задачи требует тесного сотрудничества с физиками-экспериментаторами.
Метод PANDA уже используется в нефтяной промышленности для оптимизации добычи углеводородов и создания новых технологий. В перспективе PANDA может применяться и в других областях, включая материаловедение и технологию покрытий.
В работе участвовали ученые из Центра вычислительной физики МФТИ, ОИВТ РАН, ВШЭ и AIRI.
Telegram 
Дзен 
VK Проблема непереносимости глютена затрагивает до 150 миллионов человек во всем мире. Единственный выход — полностью исключить этот компонент из рациона. Однако существующий безглютеновый хлеб практически не содержит белка и клетчатки, быстро повышает уровень сахара и черствеет. При этом существующие зарубежные рецептуры разработаны под импортное сырье и технологии, что не позволяет применять их к российскому сырью. Ученые Пермского Политеха разработали новые рецептуры безглютенового хлеба и исследовали влияние многокомпонентных мучных композиций и добавок на его качество. Они впервые в России создали смеси, в которых по сравнению с существующими отечественными аналогами в два-три раза больше белка и жиров, а углеводов — на 30-50 процентов меньше.
Швейцарские биологи выяснили, зачем обыкновенные сипухи носят демаскирующее белое оперение. В полнолуние белые хищники выстраивают траекторию полета так, чтобы отражать свет на добычу и провоцировать у грызунов реакцию оцепенения. Подобная тактика позволила белым самцам добывать больше пищи и тратить на охоту меньше времени по сравнению с их рыжими сородичами.
Система доставки грузов с орбиты Starfall может приземлить тонну груза в любое место на нашей планете. Однако вскоре на базе сверхтяжелой ракеты и корабля Starship компания Илона Маска планирует развернуть систему доставки намного большей грузоподъемности. Согласно утечкам в СМИ, ею активно интересуются американские военные.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Интригующие испытания высотного ракетного двигателя Raptor Vacuum для корабля Starship, верхней ступени сверхракеты Илона Маска, парадоксальны. Его работа на уровне моря уже сама по себе загадка. Ведь, по классическим представлениям, высотные двигатели на уровне моря корректно не работают. А сопло RaptorVAC на наземном стенде извергает реактивную струю без всяких признаков нарушения работы. Как такое может быть?
В нижних и верхних слоях Урана астрономы впервые зарегистрировали угарный газ и циановодород. Новые данные указали на то, что недра планеты могут быть значительно обогащены кислородом. Это открытие поможет разрешить давнюю загадку о том, сформировался ли Уран иначе, чем его ближайший сосед Нептун, или их образование шло по схожему сценарию.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
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.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
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