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中外学者将经典开尔文方程的适用性推广到亚纳米尺度

2020-12-15 10:39   来源: 互联网

记者从中国科技大学获悉,科技大学王凤超教授与诺贝尔物理学奖得主、英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆合作,在纳米毛细管缩聚研究方面取得了重要进展,研究成果发表在12月10日出版的国际著名学术期刊"自然"上。


毛细管冷凝是指在毛细管通道有限空间内的气体不需要达到过饱和状态就能冷凝成液体的现象。毛细冷凝与宏观的固液界面润湿和微观的分子间力学有关。它是纳米极限畴力学的关键科学问题,也是目前尺度科学的国际前沿热点。卡尔文方程从理论上描述了毛细管中弯曲液气界面引起的蒸汽压变化,被认为是固液界面润湿领域的三大经典理论之一。然而,当通道直径缩小到水分子大小时,Calvin方程中使用的弯月面曲率,接触角等概念因为实验观测的困难而难以精确定义。然而,如何在纳米尺度下对开尔文方程进行修正一直是研究人员关心的问题。"。

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这次,由中英两国组成的联合研究小组利用由二维材料构成的纳米通道装置进行了实验,巧妙地描述了毛细管通过壁面变形形成的现象,并合理解释了实验结果和力学机理。王凤超教授的研究揭示了固液界面能的尺寸效应,发现固液界面的力学效应在纳米/亚纳米毛细管凝聚中起着重要作用,而不是一般认为起主导作用的液气界面。


在此基础上,他们建立了一种新的纳米毛细管缩合理论,修正了经典的Calvin方程,并将该方程的适用范围扩展到亚纳米级,研究结果不仅为人们对极限尺度毛细管缩合的认识和理解奠定了基础,而且在微电子、医药、食品等工业中具有重要的实际应用前景。


值得一提的是,自2010年以来,中国科技大学计算力学小组在"自然与科学"杂志上发表了10篇学术论文,自2010年开始与英国曼彻斯特大学的Andre Haime教授合作以来,它不仅开辟了石墨烯纳米模拟传质,这是世界科技的一个新领域,也是这一领域的领先者。




责任编辑:无量渡口
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