La dinámica de cómo se comportan los líquidos cuando están confinados en un espacio de tamaño nanométrico, como nanocanales, nanotubos o nanoporos, es clave para comprender una gran cantidad de procesos que incluyen la lubricación, la filtración e incluso el almacenamiento de energía.

Sin embargo, la dinámica de los líquidos a nanoescala es diferente al comportamiento en confinamiento a macroescala. Una de las diferencias clave que crea una reducción en la escala es la fricción y el corte entre el líquido y su contenedor sólido. Y surgen más complicaciones en los sistemas con contacto de sólido a sólido con características como desgaste, micropicaduras y raspaduras creadas.

Un nuevo artículo publicado en The European Physical Journal E y escrito por Shan Chen, del Laboratorio Estatal Clave de Compuestos Orgánicos-Inorgánicos de la Universidad de Tecnología Química de Beijing, China, utiliza simulaciones de dinámica molecular para observar los líquidos nanoconfinados inducidos por la fricción.

La simulación se creó utilizando el Simulador Molecular Massively Parallel (LAMMPS) que facilitó la investigación de cómo las propiedades de un líquido confinado afectan cooperativamente la fuerza de fricción entre una columna de líquido y los sustratos sólidos confinados. Los autores consideraron tres tipos de flujo diferentes y evaluaron cómo cambiaban con la velocidad del fluido.

El equipo simuló flujos de líquido similar a una cadena de Lennard-Jones (LJ) encerrado en un nanoporo cilíndrico sólido con superficies atómicamente lisas. Para replicar el efecto del contacto sólido/sólido en la fricción líquido/sólido, los autores introducen geometrías modelo a través de pistones.

Uno de estos pistones se colocó en el lado izquierdo del líquido confinado y proporcionó una fuerza impulsora que empujaba la columna de fluido, mientras que el pistón del lado derecho se podía mover libremente.

La simulación resultante revela la existencia de una variable no considerada previamente — obstrucción molecular — en la fricción líquido/sólido. Esto surge en el líquido fuertemente confinado, dicen los investigadores, del mencionado contacto sólido a sólido.

Esto da como resultado un flujo modificado que comparte las características del flujo de tapón y de Poiseuille — el flujo de líquido entre dos placas paralelas infinitamente largas — que es diferente en la nanoescala que el flujo estándar de Poiseuille observado en la macroescala. + Explora más

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