01
А
Астрономия
02
Б
Биология
03
Г
Гуманитарные науки
04
М
Математика и CS
05
Мд
Медицина
06
Нз
Науки о Земле
07
С
Сельское хозяйство
08
Т
Технические науки
09
Ф
Физика
10
Х
Химия и науки о материалах
Химия и науки о материалах
22 сентября

Описаны «скользкие» материалы нового поколения

Pixabay

Российские физики детально описали скольжение жидкости вдоль текстуры, пропитанной смазкой. Ученые смогли получить несколько аналитических выражений, описывающих, как ключевые характеристики скольжения зависят от параметров текстуры, а также вязкостей жидкости и смазки. Работа опубликована в Physical Review E.

Для того, чтобы снизить трение между поверхностями, ученые используют супергидрофобные поверхности – специальные текстуры, углубления которых заполнены воздухом. Авторы новой работы ранее провели и опубликовали многочисленные исследования скольжения вдоль подобных текстур. Однако в практических ситуациях супергидрофобное состояние может оказаться неустойчивым, и поэтому нужно использовать пропитку теми или иными смазочными веществами, например, маслами.

В новой работе физики из Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина и МГУ имени М.В. Ломоносова описали, что происходит с жидкостью, текущей вблизи текстуры, пропитанной смазкой. Авторы рассматривали ситуацию, когда вязкость смазки была меньше вязкости текущей жидкости. Под этот случай попадают и системы «вода-воздух», и «вода-масло» и даже просто «вода-вода», то есть течение жидкости вдоль текстурированной поверхности. При помощи полуаналитической теории ученые смогли получить решения уравнений, описывающих динамику жидкости вблизи исследуемой поверхности, а также учесть наличие мениска – искривленной границы раздела между рабочей жидкостью и смазкой. Кроме того, ученые детально описали, как в этих условиях изменяется длина скольжения – параметр, который тем больше, чем меньше трение между жидкостью и стенкой.

По результатам исследования оказалось, что на поведение жидкости в основном влияют два параметра: отношение вязкостей рабочей и смазочной жидкости, а также доля поверхности, занятая смазкой. При этом влияние мениска оказалось незначительным, что оправдывает использование теоретических моделей с плоской границей раздела между жидкостями. Таким образом, управлять длиной скольжения (а значит, и режимом течения жидкости в микроканалах), можно не только за счет геометрии текстуры, но и за счет изменения вязкости смазки, что значительно проще технически.

В ближайшем будущем ученые планируют изучить влияние вязкости смазки на анизотропные свойства текстурированных поверхностей. Это позволит контролировать не только длину скольжения, но и структуру течения вблизи поверхности. Это открывает новые возможности для манипуляций со взвешенными в жидкости частицам, например, с биологическими клетками.

Результаты новой работы можно применить в нескольких прикладных областях: во-первых, для того, чтобы снизить трение между поверхностями за счет смазки. Простым примером могут быть специальные покрытия для лыж или другой спортивной экипировки. Вторая область — это микрофлюидика – дисциплина, изучающая течение жидкостей в миниатюрных устройствах, напоминающих электронные чипы, но с тонкими каналами вместо проводящих дорожек. Из-за малой толщины таких каналов в них возникает большое вязкое сопротивление, что затрудняет прокачку жидкости.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.

Комментарии

Все комментарии
Обсуждаемое