Макроскопический закон приспособили для наномира

Понимание физики жидкостей в наноразмерном диапазоне очень важно для разработки лабораторий-на-чипе, систем доставки лекарств и микроустройств, работающих в наножидкостной среде. Ранее было установлено, что большинство «макроскопических» законов в наномире действуют с ограничениями, а порой и вовсе по-другому. Однако так ли это применительно к жидкостям?

Математический аппарат физики жидкостей был разработан еще 100 лет – в его основе лежат уравнения Навье-Стокса. В настоящее время существует несколько частных видов уравнений на основе уравнения Навье-Стокса, которые решены в аналитическом виде. В остальных случаях для его решения используется численное моделирование.

До сих пор не было известно, насколько уравнение Навье-Стокса применимо к динамике наножидкостных систем.

Ранее, в августе 2006 года, ученые из университета Джорджии Узи Лэндмен (Uzi Landman) и Майкл Мозелер (Michael Moseler) показали, что модифицированное уравнение Навье-Стокса справедливо для отдельных случаев - распространения струй жидкого пропана в вакууме и образования непрерывных мостиков жидкости в безвоздушной среде.

Теперь же Лэндмен и его коллеги с помощью математического моделирования смогли распространить «макроскопическое» уравнение и на другие среды. Для этого ученые повторили исследование августа 2006 года, изменив условия: струи жидкого пропана распространялись не в вакууме, а в азоте. Длина «мостика» составила 24 нанометра, а его диаметр – всего 6 нанометров.

Для получения этого результата потребовались несколько недель расчетов на суперкомпьютере - рассчитать надо было движение нескольких миллионов молекул. Только после этого ученые объявили о работоспособности «переработанного под наномир» уравнения Навье-Стокса.

По мнению авторов исследования, глубокое понимание того, как двигается жидкость на уровне отдельных атомов, позволит заложить инженерную основу микро- и наножидкостных технологий, которые развиваются в современной аэрокосмической отрасли, биологии и электронике.