Научный журнал издательства Nature Publishing Group (Великобритания) «Scientific Reports» опубликовал статью о капельном кластере. Исследования коллектива ученых из России, США и Израиля проводятся на экспериментальной базе лаборатории микрогидродинамических технологий ТюмГУ под руководством доктора технических наук Александра Федорца.
Известно, что вода может образовывать гексагонально-симметричные структуры (снежинки) в твердом состоянии, но такого рода упорядоченность утрачивается при переходе в жидкое состояние. Например, дымка над чашкой горячего чая, туман и водяные облака состоят из множества хаотически перемещающихся капель. Удивительно, но при определенных условиях хаос сменяется порядком: мелкие сферические капли воды с диаметром на уровне десятков микрон образуют самоорганизующиеся гексагональные структуры – капельные кластеры, которые левитируют над локально нагретой поверхностью воды.
В новой статье впервые проведен качественный анализ совокупности основных физических процессов, сопровождающих формирование и левитацию устойчивых капельных кластеров. В частности, расчёты энтропии Вороного показали, что при «самосборке» кластера из вновь поступающих капель возрастает и степень упорядоченности его структуры.
Ученые вплотную приблизились к следующему шагу – созданию математической модели, которая будет в деталях описывать механизмы и процессы, протекающие в капельном кластере.
Отметим, что ранее в ТюмГУ изобрели и запатентовали простой способ стабилизации размера микрокапель с точностью не меньше десятых долей мкм. Изобретение относится к высокоточным способам управления и манипуляции сверхмалыми объемами жидкости и может быть использовано при решении ряда задач микромасштабной гидрогазодинамики, теплофизики, а также в микрофлюидике. Изучение левитирующих микрокапель позволит исследовать химические процессы, которые происходят в очень маленьких объемах жидкости, в частности в аэрозолях, а также могут помочь в исследованиях биохимических процессов, протекающих в клетках. Это важно, поскольку в малых объемах капель химические процессы протекают иначе, чем в больших.
Источник: Официальный сайт ТюмГУ