Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы работы волн-изгоев — огромных 30-метровых волн, неожиданно возникающих в океане, — могут быть применены в наномасштабе и иметь десятки областей применения — от медицины до производства.

Долгое время считалось мифом, что волны-изгои возникают в сравнительно спокойной обстановке, разрушая нефтяные вышки и корабли на своем пути. В отличие от цунами, волны-изгои образуются в результате случайного сочетания более мелких волн в океане, что является очень редким явлением.

В последние годы было проведено множество исследований, посвященных изучению нестационарных волн, но теперь ученые впервые показали, как это можно сделать в гораздо меньшем масштабе — нанометрическом. Нанометр в миллион раз меньше толщины страницы книги. Это совершенно новый подход к изучению поведения жидкостей в нанометрическом масштабе, опубликованный в виде письма в журнале Physical Review Fluids.

Отверстия и неровности, возникающие под действием волн, могут быть использованы для спонтанного создания узоров и структур для использования в нанопроизводстве (производство в масштабе одной миллиардной доли метра). Например, узоры, образующиеся при разрыве жидких пленок, могут быть использованы для построения микроэлектронных схем, которые могут быть применены в производстве дешевых компонентов солнечных батарей. Кроме того, поведение тонких жидких слоев может помочь объяснить, почему миллионы людей во всем мире страдают от «сухого глаза». Это происходит, когда слезная пленка, покрывающая глаз, разрывается.

С помощью прямого моделирования молекул и новых математических моделей исследователи под руководством Математического института Уорикского университета обнаружили, что наноскопические слои жидкости ведут себя неинтуитивно. В то время как пролитый на стол слой кофе может сидеть внешне неподвижно, на наноуровне хаотическое движение молекул создает случайные волны на поверхности жидкости. В редких случаях эти волны объединяются и создают большую «внешнюю нановолну», которая прорывается сквозь слой и образует дыру. Новая теория объясняет, как и когда образуется эта дыра, давая новое представление о ранее непредсказуемом эффекте, используя в качестве математического образца их крупных океанических родственников.

Команда исследователей с нетерпением ждет возможности применения этого исследования в различных отраслях промышленности.

Профессор Джеймс Сприттлз, Математический институт Уорикского университета, сказал:

Мы с воодушевлением обнаружили, что математические модели, изначально разработанные для квантовой физики и недавно примененные для предсказания нестабильных океанских волн, имеют решающее значение для прогнозирования стабильности наноскопических слоев жидкости.

В будущем мы надеемся, что эта теория может быть использована для создания целого ряда нанотехнологий, где манипулирование тем, когда и как происходит разрыв слоев, имеет решающее значение. Возможно также применение в смежных областях, таких как поведение эмульсий, например, в пищевых продуктах или красках, где стабильность тонких жидких пленок определяет срок их хранения.

18.10.2023


Подписаться в Telegram



Нано

JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»

Когда молекулы облучают инфракрасным светом, о...

ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище
ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище

Потребность в устойчивых и экологичн...

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

В России предложили новую классификацию камней в почках по структуре и составу
В России предложили новую классификацию камней в почках по структуре и составу
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита

Новости компаний, релизы

Ученые ТПУ в составе международной коллаборации выяснили, что смертность от болезней сердца в мире снизилась на 35% за после...
ИТ: тренды индустрии и рынка труда
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
В России начинает работу фонд для нуждающихся в сложном высокотехнологичном лечении
Казанский ГАУ запускает подготовку специалистов по экологии и природопользованию