Китайские ученые выяснили, каким образом замерзает капля воды
Москва, 11:08, 29 Июн 2016, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
Вопрос о том, как замерзают капельки воды — изнутри или сверху, был темой многочисленных споров среди химиков и физиков в последнее десятилетие.
Команда исследователей из Пекинского технологического института в Китае предлагает другой вопрос: «В каком месте в капле из воды или жидкого кремния начинается процесс кристаллизации?» Свои выводы китайские ученые объясняют в журнале «Химическая физика». Это интересная проблема, которая имеет решающее значение для понимания механизма кристаллизации наноразмерных четырехгранных капель жидкости.
В работе было использовано компьютерное моделирование, которое показало, что пульсирующие волны плотности приводят к кристаллизации жидкости в связи с расширением ее объема в ограниченном пространстве. Пульсация колебаний плотности создает волны, способные повышать нуклеацию, в результате чего пульсация выглядит как распределение вероятности перехода капли из одного состояния в другое. Эти результаты позволяют предположить, что замораживание наноразмерных капель водной или силиконовой жидкости, инициируется на различных расстояниях от центра капли, что дает новый взгляд на давний спор в области материальной и химической физики.
Исследовательская группа использовала метод молекулярной динамики, который широко используется для исследования микроскопических термодинамических и динамических процессов. Даже в компьютерном моделировании события кристаллизации настолько быстротечны, что их трудно наблюдать. Для решения этой проблемы китайцами созданы специальные методы моделирования, но они неминуемо снижают вероятность выборки траектории регионов нуклеации.
«Хотя метод грубый, но можно точно представить распределение нуклеации. Именно поэтому мы могли наблюдать волны, как распределение ее вероятности, в то время как они отсутствуют в других исследованиях», — пояснил профессор Люй.
Чтобы добиться надежного распределения вероятностей льдообразования в каплях, потребовалось более 6 месяцев процессорного времени.
В итоге, ученые пришли к выводу, что в зависимости от размеров капель и колебаний плотности, их замораживание с поверхности или изнутри может быть случайным.
