Onderzoekers hebben nieuwe methoden gevonden om de interne druk en oppervlaktespanning te meten van vloeistofdruppels van nanogrootte, zoals die welke betrokken zijn bij wolkenvorming en verontreinigende stoffen in de lucht, om te bestuderen hoe ze zich in verschillende omgevingen gedragen.

Het begrijpen van de functie van deze druppeltjes in wolkenvorming is relevant voor de studie van klimaatverandering. evenzo, verontreinigende stoffen in de lucht kunnen ook in de vorm van nanodruppeltjes komen. Druppels vloeistof op nanoschaal worden ook in laboratoria gebruikt om te fungeren als "reactoren" op nanoschaal - kleine containers om chemische reacties in hoge concentraties te huisvesten. Om te begrijpen hoe nanodruppeltjes zich in elk van deze contexten gedragen, een onderzoeker moet eigenschappen als inwendige druk en oppervlaktespanning kunnen meten.

Nieuw onderzoek uitgevoerd door Feng Wang, U van A universitair hoofddocent fysische chemie, samen met afgestudeerde student Kai-Yang Leong, heeft methoden gevonden om deze eigenschappen te berekenen. Het onderzoek, gefinancierd door de National Science Foundation, werd gepubliceerd in de Tijdschrift voor Chemische Fysica .

Wang legde uit dat omdat druppeltjes op nanoschaal sterk gekromd zijn, hun oppervlaktespanning kan niet op dezelfde manier worden berekend als de oppervlaktespanning van vloeistof met een plat oppervlak. Deze kleine druppeltjes zijn ook moeilijk te bestuderen omdat ze snel verdampen.

"Een sluitend begrip met betrekking tot de oppervlaktespanning van nanodruppels is nog lang niet bereikt, ', zeiden de onderzoekers in hun paper.

Om de oppervlaktespanning te vinden, onderzoekers moeten de interne druk van de druppel kennen. Gevestigde methoden voor het berekenen van de druk in vloeistoffen gebruiken een meting die viriale druk wordt genoemd, die kracht en afstand gebruikt om de druk te berekenen. Deze methoden werken goed voor grote hoeveelheden vloeistof, maar niet voor kleine druppeltjes. waar kleine veranderingen in afstand een meer uitgesproken effect hebben.

Wang en Leong gebruikten de U van A High Performance Computing Center om een ​​nieuwe methode te ontwikkelen om de interne druk van een nanodruppel te berekenen.

Met behulp van een soort computermodellering genaamd moleculaire dynamische simulatie, de onderzoekers konden de interne druk van nanodruppels berekenen door eerst de relatie tussen de dichtheid en de druk van de druppels vast te stellen. Aangezien de dichtheid van het water kon worden vastgesteld, de onderzoekers zouden dit dan als proxy kunnen gebruiken om de druk te berekenen.

"Voor zover wij weten, het gebruik van een proxy om druk te meten is niet gedaan in een simulatie, ’ zeiden ze in de krant.