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西安交大科研人员揭示纳米尺度水的流动之谜 打破通道越小阻力越大流动越慢的固有认知

发布时间:2024-05-20 15:51:31

  5月14日,记者从西安交通大学获悉:该校科研人员在纳米尺度水的毛细流动中有新发现,全面揭示了毛细流动的尺度依赖性,打破了通道越小阻力越大流动越慢的固有认知。科研人员构建的毛细流动模型为纳米流体力学提供了统一的见解,标志着在该领域迈出了重要一步。

  由于表面效应、小尺寸效应等纳米尺度效应,纳米空间受限水完全有别于宏观体相水,经典流体力学理论通常不再适用。因此,如何通过充分考虑纳米尺度效应实现纳米空间受限水流动过程的理论描述就成为重要的学术难题。但受限于实验技术,目前对纳米尺度毛细流动的直接实验研究止步于10纳米。

  西安交通大学绿色氢电全国重点实验室白博峰、孙成珍教授团队通过高精度大尺度分子模拟,研究了特征尺度在亚纳米至30纳米间的纳米通道内水的毛细流动特性。研究发现纳米受限空间尺度减小将导致水的毛细流动能力低于经典理论预测,且偏差随尺度降低而显著增加,符合常规实验发现。但当通道特征尺度继续降低至3纳米时,水的流动发生意料之外的逆转,表现出反常的流动增强特性,使得理论偏差不升反降。

  同时,团队发现纳米受限水的结构依赖于受限尺度,并产生两种相反的尺度依赖效应,分别为能够增加流动阻力的长程粘性增强效应和增加流动动力的短程分离压效应,尺度效应的不匹配使得纳米尺度水的毛细流动表现出特异的非单调尺度依赖性,这种特异尺度依赖性广泛存在于亲水和疏水纳米通道中。

  该发现为纳米空间受限流体流动特性理论体系的完善和以纳米尺度水分子快速输运和精准调控为基础的膜分离、能源转化等技术的开发与升级奠定了坚实的理论基础。(记者 吕扬)

来源:群众新闻网

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