I ricercatori hanno trovato nuovi metodi per misurare la pressione interna e la tensione superficiale di gocce di liquido di dimensioni nanometriche come quelle coinvolte nella formazione delle nuvole e gli inquinanti atmosferici per studiare come si comportano in ambienti diversi.

Comprendere la funzione di queste goccioline nella formazione delle nuvole è importante per lo studio dei cambiamenti climatici. Allo stesso modo, gli inquinanti atmosferici possono anche presentarsi sotto forma di nanogoccioline. Gocce di liquido nanometriche vengono utilizzate anche nei laboratori per agire come "reattori" su scala nanometrica, piccoli contenitori per ospitare reazioni chimiche ad alta concentrazione. Per capire come si comportano le nanogoccioline in ciascuno di questi contesti, un ricercatore deve essere in grado di misurare proprietà come la pressione interna e la tensione superficiale.

Nuova ricerca condotta da Feng Wang, U di A professore associato di chimica fisica, insieme allo studente laureato Kai-Yang Leong, ha trovato metodi per calcolare queste proprietà. La ricerca, finanziato dalla National Science Foundation, è stato pubblicato in Giornale di Fisica Chimica .

Wang ha spiegato che, perché le goccioline su scala nanometrica sono altamente curve, la loro tensione superficiale non può essere calcolata allo stesso modo della tensione superficiale di un liquido con una superficie piana. Queste minuscole goccioline sono anche difficili da studiare perché evaporano rapidamente.

"Una comprensione definitiva per quanto riguarda la tensione superficiale delle nanogoccioline è lungi dall'essere raggiunta, " hanno detto i ricercatori nel loro articolo.

Per trovare la tensione superficiale, i ricercatori devono conoscere la pressione interna della gocciolina. I metodi consolidati di calcolo della pressione nei liquidi utilizzano una misurazione chiamata pressione viriale, che usa forza e distanza per calcolare la pressione. Questi metodi funzionano bene per grandi quantità di liquido ma non per piccole goccioline, dove piccoli cambiamenti di distanza hanno un effetto più pronunciato.

Wang e Leong hanno utilizzato l'U of A High Performance Computing Center per sviluppare un nuovo metodo di calcolo della pressione interna di una nanogoccia.

Utilizzando un tipo di modellazione al computer chiamata simulazione della dinamica molecolare, i ricercatori sono stati in grado di calcolare la pressione interna delle nanogoccioline stabilendo prima la relazione tra la densità e la pressione delle goccioline. Poiché è possibile stabilire la densità dell'acqua, i ricercatori potrebbero quindi utilizzare questo come proxy per calcolare la pressione.

"Al meglio delle nostre conoscenze, l'uso di un proxy per misurare la pressione non è stato fatto in una simulazione, " dicevano sul giornale.