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科学家在纳米尺度上应用巨波力学

开心的月饼 2023-10-19 08:36:09 生活常识

研究人员已经展示了如何在纳米尺度上应用异常波浪(海洋中意外出现的30米长的巨大波浪)的原理,并在从医学到制造业的数十种应用中发挥作用。

科学家在纳米尺度上应用巨波力学

长期以来,汹涌的海浪被认为是一个神话,它从相对平静的环境中袭来,摧毁沿途的石油钻井平台和船只。与海啸不同,异常波浪是由海洋中较小的波浪偶然组合而成的,这种事件非常罕见。

近年来,人们对异常波进行了大量研究,但现在,科学家们首次展示了如何将其应用到更小的纳米尺度上。一纳米比书页厚度小一百万倍。这是一种在纳米尺度上研究液体行为的全新方法,以信件的形式发表在《物理评论流体》上上。

恶意波浪造成的孔洞和凹凸可以操纵由例如,破裂液膜形成的图案可用于构建微电子电路,该电路可用于生产低成本太阳能电池组件。此外,薄液体层的行为可能有助于解释为什么全世界有数百万人患有干眼症。当覆盖眼睛的泪膜破裂时就会发生这种情况。

通过对分子和新数学模型的直接模拟,华威大学数学研究所领导的这项研究发现了纳米级液体层如何以违反直觉的方式表现。虽然洒在桌子上的一层咖啡可能看起来一动不动,但在纳米尺度上,分子的混沌运动会在液体表面产生随机波。

当这些波共同产生一个巨大的“流氓纳米波”,突破该层并形成一个洞时,就会发生罕见的事件。新理论解释了这个洞是如何以及何时形成的,以它们的大型海洋表兄弟作为数学蓝图,为以前不可预测的效应提供了新的见解。

研究人员团队对这项研究在不同行业中的潜力感到兴奋;这些应用是深远的。

华威大学数学研究所的JamesSprittles教授表示:“我们很高兴地发现,最初为量子物理学开发的数学模型,最近用于预测异常海浪,对于预测纳米级液体层的稳定性至关重要。”

“未来,我们希望能够利用该理论来实现一系列纳米技术,其中控制层破裂的时间和方式至关重要。也可能在相关领域有应用,例如乳液的行为,例如在食品或油漆中,液体薄膜的稳定性决定了它们的保质期。”


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