நானோ அளவுகளில் திரவங்கள் பாயும் போது உராய்வு எவ்வாறு அதிகரிக்கிறது என்பதைக் கவனித்தல்

நானோ சேனல்கள், நானோகுழாய்கள் அல்லது நானோ துழைகள் போன்ற நானோ அளவிலான இடைவெளியில் திரவங்கள் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன என்பதற்கான இயக்கவியல், உயவு, வடிகட்டுதல் மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு உள்ளிட்ட செயல்முறைகளின் பண்பைப் புரிந்துகொள்வது முக்கியமாகும்.

இருப்பினும், நானோ அளவுகளில் உள்ள திரவங்களின் இயக்கவியல், மேக்ரோஸ்கேல்களில் உள்ள நடத்தைக்கு வேறுபட்டது. அளவைக் குறைப்பது உருவாக்கும் முக்கிய வேறுபாடுகளில் ஒன்று, திரவத்திற்கும் அதன் திடமான கொள்கலனுக்கும் இடையே உராய்வு மற்றும் வெட்டு ஆகும். தேய்மானம், மைக்ரோ-பிட்டிங் மற்றும் ஸ்கஃபிங் போன்ற அம்சங்களுடன் திட-திட தொடர்பு கொண்ட அமைப்புகளில் மேலும் சிக்கல்கள் எழுகின்றன.

The European Physical Journal E-இல் வெளியிடப்பட்ட ஒரு புதிய கட்டுரை, சீனாவின் பெய்ஜிங் இரசாயன தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகத்தில் உள்ள ஆர்கானிக்-கனிம கலவைகளின் மாநில முக்கிய ஆய்வகத்திலிருந்து ஷான் சென் எழுதியது, உராய்வு தூண்டப்பட்ட நானோ-கட்டுப்படுத்தப்பட்டதைப் பார்க்க மூலக்கூறு இயக்கவியலின் உருவகப்படுத்துதல்களைப் பயன்படுத்துகிறது.

மாலிகுலர் மாசிவ்லி பாரலல் சிமுலேட்டரை (MMPS-Molecular Massively Parallel Simulator) பயன்படுத்தி உருவகப்படுத்துதல் உருவாக்கப்பட்டது, இது ஒரு வரையறுக்கப்பட்ட திரவத்தின் பண்புகள் ஒரு திரவ நெடுவரிசை மற்றும் திடமான அடி மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான உராய்வு விசையை எவ்வாறு ஒத்துழைக்கும் என்பதை ஆய்வு செய்ய உதவியது. ஆசிரியர்கள் மூன்று வெவ்வேறு ஓட்ட வகைகளைக் கருத்தில் கொண்டு, திரவ வேகத்துடன் எவ்வாறு மாறியது என்பது மதிப்பீடு செய்யப்பட்டது.

லெனார்ட்-ஜோன்ஸ் (LJ) சங்கிலி போன்ற திரவத்தின் ஓட்டங்களை குழு உருவகப்படுத்தியது, அணுவளவு மென்மையான மேற்பரப்புகளுடன் திடமான உருளை நானோதுளையில் அடைக்கப்பட்டுள்ளது. திரவ/திட உராய்வு மீது திட/திட தொடர்பின் விளைவைப் பிரதிபலிக்க, ஆசிரியர்கள் பிஸ்டன்கள் மூலம் மாதிரி வடிவவியலை அறிமுகப்படுத்துகின்றனர்.

இந்த பிஸ்டன்களில் ஒன்று கட்டுப்படுத்தப்பட்ட திரவத்தின் இடது பக்கத்தில் வைக்கப்பட்டு, திரவ நெடுவரிசையைத் தள்ளும் உந்து சக்தியை வழங்கியது, அதே நேரத்தில் வலது பக்கத்தில் உள்ள பிஸ்டன் சுதந்திரமாக நகரக்கூடியது.

இதன் விளைவாக உருவகப்படுத்துதல், திரவ/திட உராய்வுகளில் முன்னர் கருதப்படாத ஒரு மாறி இருப்பதை வெளிப்படுத்துகிறது. இது வலுவாக வரையறுக்கப்பட்ட திரவத்தில் எழுகிறது என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கூறுகின்றனர்.

இது பிளக் மற்றும் Poiseuille ஓட்டத்தின் மாற்றியமைக்கப்பட்ட ஓட்டப் பகிர்வு அம்சங்களில் விளைகிறது.

References:

• Chen, S., Guo, Z., Zhang, H., Pagonabarraga, I., & Zhang, X. (2022). Maximizing friction by liquid flow clogging in confinement. The European Physical Journal E, 45(7), 1-8.
• Tambe, N. S., & Bhushan, B. (2005). Friction model for the velocity dependence of nanoscale friction. Nanotechnology, 16(10), 2309.
• Fajardo, O. Y., Bresme, F., Kornyshev, A. A., & Urbakh, M. (2015). Electrotunable lubricity with ionic liquid nanoscale films. Scientific reports, 5(1), 1-7.
• Bhatia, S. K., & Nicholson, D. (2013). Friction between solids and adsorbed fluids is spatially distributed at the nanoscale. Langmuir, 29(47), 14519-14526.
• Carlborg, C. F., & van der Wijngaart, W. (2011). Sustained superhydrophobic friction reduction at high liquid pressures and large flows. Langmuir, 27(1), 487-493.