Том 32, номер 06, статья № 9

Аннотация:

Изучены диффузия полых наночастиц в разреженных и плотных газах и вязкость аэрозолей с такими частицами с помощью кинетической теории и метода молекулярной динамики. Рассмотрены аэрозоли на базе азота с полыми и сплошными наночастицами из алюминия и урана при температуре 300 К и атмосферном давлении. Диаметр наночастиц варьировался от 5 до 100 нм; толщина стенок полых наночастиц равнялась 1 нм. Показано, что коэффициенты диффузии полых наночастиц всегда больше, чем коэффициенты диффузии сплошных частиц одного размера из одного и того же материала, но их разница не превышает 1%. Вязкость аэрозоля с полыми наночастицами всегда ниже, чем со сплошными. Методом молекулярной динамики установлено, что коэффициенты диффузии полых и сплошных наночастиц одного диаметра из одного и того же материала в плотном аргоне совпадают.

Ключевые слова:

наночастицы, полые наночастицы, аэрозоль, наноаэрозоль, наногазовзвесь, наножидкость, диффузия, вязкость

Список литературы:

1. Рудяк В.Я., Минаков А.В. Современные проблемы микро- и нанофлюидики. Новосибирск: Наука, 2016. 298 с.
2. Cunningham E. On the velocity of steady fall of spherical particles through fluid medium // Proc. R. Soc. 1910. V. 83. P. 357–365.
3. Millikan R.A. Brownian movement in cases at low pressures // Phys. Rev. 1913. V. 1, N 3. P. 218–221.
4. Millikan R.A. The general law of fall of a small spherical body through a gas, and it’s bearing upon the nature of molecular reflection from surfaces // Phys. Rev. 1923. V. 22, N 1. P. 1–23.
5. Davies C.N. Definitive equations for the fluid resistance of spheres // Proc. Phys. Soc. Lond. 1945. V. 57, part 4, N 322. P. 259‒270.
6. Friedlander S.K. Smoke, dust, Haze. Fundamentals of aerosol dynamics. New York, Oxford: Oxford University Press, 2000. 407 p.
7. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л. Кинетическое описание диффузии наночастиц в разреженном газе // Докл. РАН. 2001. Т. 381, № 5. С. 623–625.
8. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л., Насибулин А.Г., Кауппинен Е.И. О методах измерения коэффициента диффузии и размеров наночастиц в разреженном газе // Докл. РАН. 2002. Т. 386, № 5. С. 595–597.
9. Epstein P.S. On the resistance experienced by spheres in their motion through gases // Phys. Rev. 1924. V. 23. P. 710‒733.
10. Baron P.A., Willeke K. Aerosol measurement: Principles, techniques, and applications. NY: Wiley, 2001.
11. Rudyak V.Ya., Dubtsov S.N., Baklanov A.M. Measurements of the temperature dependent diffusion coefficient of nanoparticles in the range of 295–600 K at atmospheric pressure // J. Aerosol Sci. 2009. V. 40, N 10. P. 833–843.
12. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л., Иващенко Е.Н. О влиянии физических свойств материала наночастиц на их диффузию в разреженных газах // Инженерно-физический журн. 2008. Т. 81, № 3. С. 496–500.
13. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л. О вязкости разреженных газовзвесей с наночастицами // Докл. РАН. 2003. Т. 392, № 4. С. 435–440.
14. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л. Эффективный коэффициент вязкости разреженных наногазовзвесей // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 5–6. С. 498–503.
15. Einstein A.A. A new determination of molecular sizes // Ann. Phys. 1906. V. 19. P. 289–306.
16. Batchelor G.K. The effect of Brownian motion on the bulk stress in a suspension of spherical particles // J. Fluid Mech. 1977. V. 83, part. 1. P. 97–117.
17. Maxwell J.C. A treatise on electricity and magnetism. Oxford: Clarendon Press, 1881.
18. Rudyak V.Ya., Belkin A.A., Tomilina E.A., Egorov V.V. Nanoparticle friction force and effective viscosity of nanofluids // Defect Diffus. Forum. 2008. V. 273–276. P. 566–571.
19. Rudyak V.Yа., Minakov A.V. Thermophysical properties of nanofluids // Eur. Phys. J. E. 2018. V. 41. 12 p.
20. Rudyak V.Ya., Krasnolutskii S.L. Dependence of the viscosity of nanofluids on nanoparticle size and material // Phys. Lett. A. 2014. V. 378. P. 1845–1849.
21. Рудяк В.Я., Минаков А.В., Сметанина М.С., Пряжников М.И. Экспериментальные данные о зависимости вязкости наножидкостей на основе воды и этиленгликоля от размера и материала частиц // Докл. РАН. 2016. Т. 467, № 3. С. 289–291.
22. Lohani A., Verma A., Joshi H., Yadav N., Karki N. Nanotechnology-based cosmeceuticals // ISRN Dermatol. 2014. 14 p. DOI: 10.1155/2014/843687.
23. Sharma A., Kumar S., Mahadevan N. Nanotechnology: A promising approach for cosmetics // Int. J. Recent Adv. Pharm. Rec. 2012. V. 2(2). P. 54–61.
24. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л. Потенциалы взаимодействия полых наночастиц между собой и с молекулами несущей среды // Докл. АН. 2017. Вып. №2(35). С. 32–42.
25. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л. Диффузия наночастиц в разреженном газе // Журн. техн. физ. 2002. Т. 72, вып. 7. С. 13–20.
26. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л., Иванов Д.А. О потенциале взаимодействия наночастиц // Докл. РАН. 2012. Т. 442, № 1. С. 54–56.
27. Hirschfelder J.O., Curtiss C.F., Bird R.B. Molecular theory of gases and liquids. New York: Wiley, 1954. 1219 p.
28. Chapman S., Cowling T.G., Burnett D. The mathematical theory of non-uniform gases: An account of the kinetic theory of viscosity, thermal conduction and diffusion in gases. Cambridge: Cambridge University Press, 1990. 423 p.
29. Reid R.C., Prausnitz J.M. The properties of gases and liquids Sherwood. NY: McGraw-Hill, 1977. 688 p.
30. Heinz H., Vaia R.A., Farmer B.L., Naik R.R. Accurate simulation of surfaces and interfaces of face-centered cubic metals using 12−6 and 9−6 Lennard–Jones potentials // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112, N 44. P. 17281–17290.
31. Rudyak V.Ya., Krasnolutskii S.L., Ivanov D.A. Molecular dynamics simulation of nanoparticle diffusion in dense fluids // Microfluid. Nanofluid. 2011. V. 11, N 4. P. 501–506.
32. Schofield P. Computer simulation studies of the liquid state // Comput. Phys. Comm. 1973. V. 5, N 1. P. 17–23.
33. Зубарев Д.Н. Неравновесная статистическая термодинамика. М.: Наука, 1971. 415 c.
34. Рудяк В.Я., Белкин А.А., Иванов Д.А., Егоров В.В. Моделирование процессов переноса на основе метода молекулярной динамики. I. Коэффициент самодиффузии // Теплофизика высоких температур. 2008. Т. 46, № 1. С. 35–45.
35. Норманн Г.Э., Стегайлов В.В. Метод классической молекулярной динамики: замысел и реальность // Наноструктуры. Математическая физика и моделирование. 2011. Т. 4, № 1. С. 31–59.
36. Норманн Г.Э., Стегайлов В.В. Стохастическая теория метода классической молекулярной динамики // Математическое моделирование. 2012. Т. 24, № 6. С. 3–44.