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

Science: Открыт новый метод выращивания полезных квантовых точек
Science: Открыт новый метод выращивания полезных квантовых точек

Квантовые точки, или полупроводниковые на...

Nature Nanotechnology: Идет создание упрощенной формы жизни
Nature Nanotechnology: Идет создание упрощенной формы жизни

Учёные много лет пытаются понять, как&nbs

LS&A: Разработан метод синтеза наночастиц высокоэнтропийных сплавов
LS&A: Разработан метод синтеза наночастиц высокоэнтропийных сплавов

Быстрое создание наночастиц высокоэнтропийных ...

Nano Letters: Тройные стыки — залог сохранения стабильности наноматериалов
Nano Letters: Тройные стыки — залог сохранения стабильности наноматериалов

Как создать материалы, которые будут прочнее и...

Nature Nanotechnology: Нанодиски для стимуляции мозга заменят инвазивные электроды
Nature Nanotechnology: Нанодиски для стимуляции мозга заменят инвазивные электроды

Новые магнитные нанодиски разработали учёные и...

LS&A: Разработан хиральный нанокомпозит для зондирования сероводорода
LS&A: Разработан хиральный нанокомпозит для зондирования сероводорода

С развитием нанотехнологий создано много искус...

ACS Nano: Открыты светопоглощающие свойства ахиральных материалов
ACS Nano: Открыты светопоглощающие свойства ахиральных материалов

Исследователи из Университета Оттавы сдел...

ACS Nano: Искусственный паучий шелк превратят в медицинские материалы
ACS Nano: Искусственный паучий шелк превратят в медицинские материалы

Скоро Хэллоуин, пора украшать дома страшными в...

AFM: Антибактериальные поверхности из графена уничтожат 99,9% патогенов
AFM: Антибактериальные поверхности из графена уничтожат 99,9% патогенов

Графен, обладающий сильными бактерицидными сво...

Physical Review Letters: Ученые подобрались ближе к искоренению наношума
Physical Review Letters: Ученые подобрались ближе к искоренению наношума

Благодаря наноразмерным устройствам исследоват...

ACS Nano: Новое открытие улучшит дизайн микроэлектронных устройств
ACS Nano: Новое открытие улучшит дизайн микроэлектронных устройств

Как работает электроника нового поколения и&nb...

В УГНТУ разработали установку по переработке печной сажи в графен
В УГНТУ разработали установку по переработке печной сажи в графен

Установку, которая перерабатывает печную сажу&...

Science: Стало возможным массовое производство металлических нанопроводов
Science: Стало возможным массовое производство металлических нанопроводов

Новый метод выращивания крошечных металлически...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

В Воронеже разработали новый метод извлечения коллагена из кожи пресноводных рыб
В Воронеже разработали новый метод извлечения коллагена из кожи пресноводных рыб
Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати
Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати
Climate of the Past: Озеленение Сахары может изменить климат Северного полушария
Climate of the Past: Озеленение Сахары может изменить климат Северного полушария
В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья
В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья
В МФТИ создают новую систему медицинской реабилитации
В МФТИ создают новую систему медицинской реабилитации
В Бурятской ГСХА создают добавки в корм для пчел из лекарственных растений
В Бурятской ГСХА создают добавки в корм для пчел из лекарственных растений
Показал высокую эффективность: ученые СПбГУ создали гидрогель для лечения ран
Показал высокую эффективность: ученые СПбГУ создали гидрогель для лечения ран
В ННГУ разрабатывают калькулятор биологического возраста
В ННГУ разрабатывают калькулятор биологического возраста
Умеренность с сахаром в первые 1000 дней жизни защищает от хронических болезней
Умеренность с сахаром в первые 1000 дней жизни защищает от хронических болезней
В ЮФУ предложили новую модель компактных звезд
В ЮФУ предложили новую модель компактных звезд
Trends in Biotechnology: Открыты новые пути усовершенствования биотехнологий
Trends in Biotechnology: Открыты новые пути усовершенствования биотехнологий
Прорыв в медицине: канал TRPV1 открывает новые перспективы в лечении мозга
Прорыв в медицине: канал TRPV1 открывает новые перспективы в лечении мозга
В России материал для восстановления костей улучшили с помощью ионов гадолиния
В России материал для восстановления костей улучшили с помощью ионов гадолиния
Astronomy & Astrophysics: Астрофизики измерили поведение частиц в килоновой
Astronomy & Astrophysics: Астрофизики измерили поведение частиц в килоновой
ТПУ: биомасса в топливе повышает его эффективность на 12%
ТПУ: биомасса в топливе повышает его эффективность на 12%

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
На старт! Внимание! MITEX!
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
Пироговская олимпиада для школьников по химии и биологии
Школьных учителей приобщат в современной науке