La dinámica molecular potencial de aprendizaje automático revela el papel crítico de la flexibilidad en la fricción...

Área de la Ciencia:

• Los nanofluidos
• Ciencias de los materiales
• Física de las superficies

Sus antecedentes:

• Los materiales 2D atómicamente delgados utilizados como paredes de nanocanales generalmente se modelan como límites rígidos.
• Sin embargo, estas paredes exhiben fluctuaciones térmicas inherentes a temperaturas finitas.
• La comprensión de la fricción interfacial sólido-líquido es crucial para el transporte de fluidos en nanocanales.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto de la flexibilidad de la pared en la fricción interfacial sólido-líquido en los nanocanales.
• Analice la relación entre el coeficiente de fricción, el tamaño del nanocanal y las propiedades de la pared.
• Explorar métodos para controlar el flujo de fluidos a nanoescala a través de la mecánica de la pared.

Principales métodos:

• Empleó simulaciones de dinámica molecular potencial de aprendizaje automático.
• Agua simulada confinada dentro de nanocanales flexibles de diferentes tamaños laterales (L).
• Se analizó el coeficiente de fricción (λ) y su dependencia del tamaño del canal y la rigidez de flexión de la pared (D).

Principales resultados:

• Se descubrió que el coeficiente de fricción (λ) aumenta linealmente con 1/L en nanocanales flexibles, un fenómeno ausente en canales rígidos.
• Se ha observado que esta dependencia del tamaño se debilita para paredes más gruesas con mayor rigidez de flexión (D).
• Descomposición de la fricción en la rugosidad de la celosía y las contribuciones de ondulación inducidas por la fluctuación térmica, con esta última escala como D^{-1/2).

Conclusiones:

• Se ha demostrado que las fluctuaciones térmicas en los nanocanales de materiales 2D flexibles influyen significativamente en la fricción interfacial sólido-líquido.
• Se demostró que la fricción puede controlarse mediante la tensión mecánica aplicada a las paredes del canal, ajustando los modos de fonón y las fluctuaciones de la superficie.
• Proporcionó información sobre la manipulación del flujo a nanoescala a través de la curvatura local y el control de acoplamiento fluido-sólido.