Una sezione trasversale di simulazioni di diversi tipi di flusso con pistoni posti in posizioni diverse. Credito:The European Physical Journal E (2022). DOI:10.1140/epje/s10189-022-00208-z
La dinamica di come si comportano i liquidi quando confinati in uno spazio di dimensioni nanometriche come nanocanali, nanotubi o nanopori, è fondamentale per comprendere una vasta gamma di processi tra cui lubrificazione, filtrazione e persino accumulo di energia.
Tuttavia, la dinamica dei liquidi su nanoscala è diversa dal comportamento in confinamento a macroscala. Una delle differenze chiave che crea una riduzione della scala è l'attrito e il taglio tra il liquido e il suo contenitore solido. E ulteriori complicazioni sorgono nei sistemi con contatto da solido a solido con caratteristiche come usura, micro-pitting e sfregamento creati.
Un nuovo articolo pubblicato su The European Physical Journal E e scritto da Shan Chen, dello State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites presso l'Università di tecnologia chimica di Pechino, Cina, utilizza simulazioni di dinamica molecolare per esaminare i liquidi nano-confinati indotti dall'attrito.
La simulazione è stata creata utilizzando il Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS) che ha facilitato lo studio di come le proprietà di un liquido confinato influiscono in modo cooperativo sulla forza di attrito tra una colonna di liquido e substrati solidi confinanti. Gli autori hanno considerato tre diversi tipi di flusso e hanno valutato come questi cambiassero con la velocità del fluido.
Il team ha simulato flussi di liquido a catena di Lennard-Jones (LJ) racchiuso in un nanoporo cilindrico solido con superfici atomicamente lisce. Per replicare l'effetto del contatto solido/solido sull'attrito liquido/solido, gli autori introducono le geometrie del modello attraverso i pistoni.
Uno di questi pistoni era posizionato sul lato sinistro del liquido confinato e forniva una forza motrice che spingeva la colonna del fluido, mentre il pistone sul lato destro era liberamente mobile.
La simulazione risultante rivela l'esistenza di una variabile precedentemente non considerata — intasamento molecolare — sull'attrito liquido/solido. Ciò si verifica nel liquido fortemente confinato, affermano i ricercatori, dal suddetto contatto solido a solido.
Ciò si traduce in una modifica delle caratteristiche di condivisione del flusso del flusso plug e Poiseuille — il flusso di liquido tra due piastre parallele infinitamente lunghe — che è diverso su scala nanometrica rispetto al flusso Poiseuille standard osservato a macroscala. + Esplora ulteriormente
