Wetenschappers hebben de precieze moleculaire mechanismen onthuld die ervoor zorgen dat vloeistofdruppels worden gecombineerd, in een ontdekking die een scala aan toepassingen kan hebben.

Inzichten in hoe druppeltjes samensmelten kunnen helpen om 3D-printtechnologieën nauwkeuriger te maken en kunnen helpen bij het verbeteren van de voorspelling van onweersbuien en andere weersomstandigheden, suggereert de studie.

Gesimuleerde interacties

Een team van onderzoekers van de universiteiten van Edinburgh en Warwick voerde moleculaire simulaties uit op een supercomputer om interacties te analyseren tussen kleine rimpelingen die zich op het oppervlak van druppeltjes vormen.

Deze rimpelingen, ook wel thermische capillaire golven genoemd, zijn te klein om met het blote oog of met behulp van de meest geavanceerde experimentele technieken te worden gedetecteerd.

Onderzoekers ontdekten dat deze kleine golven de opening tussen nabijgelegen druppeltjes oversteken en het eerste contact tussen hen maken.

Zodra de druppels elkaar raken, vloeibare moleculen trekken de twee oppervlakken naar elkaar toe zoals de rits van een jas, zegt het team. Dit leidt tot de volledige samensmelting van de druppels.

Vloeibaar gedrag

Het bestuderen van de dynamiek van samensmeltende druppels kan helpen om het begrip te verbeteren van de omstandigheden die ervoor zorgen dat regendruppels worden gevormd in zich ontwikkelende onweerswolken, zegt het team.

Het team gebruikte de ARCHER UK National Supercomputing Service – beheerd door EPCC, de high-performance computerfaciliteit van de universiteit - om hun simulaties uit te voeren.

Deze gebruikten duizenden processors om interacties tussen bijna vijf miljoen atomen te modelleren.

Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , werd ondersteund door de Engineering and Physical Sciences Research Council.

"We hebben nu een goed begrip van hoe druppeltjes op moleculair niveau combineren. Deze inzichten, gecombineerd met bestaande kennis, kan ons in staat stellen om de groei en ontwikkeling van regendruppels bij onweer beter te begrijpen, of de kwaliteit van printtechnologieën verbeteren. Het onderzoek kan ook helpen bij het ontwerpen van vloeistofkoelsystemen van de volgende generatie voor nieuwe krachtige elektronica, " zegt Sreehari Perumanath, Technische school, Universiteit van Edinburg.

"Het theoretische raamwerk dat is ontwikkeld voor de golven op druppeltjes op nanoschaal stelde ons in staat de opmerkelijke moleculaire simulatiegegevens van Edinburgh te begrijpen. de nieuwe theorie stelt ons in staat om het gedrag van grotere druppeltjes op technische schaal te voorspellen, die zelfs voor ARCHER te groot zijn om te vangen, en nieuwe experimentele ontdekkingen mogelijk te maken, " zegt Dr. James Sprttles, Wiskunde Instituut, Universiteit van Warwick.