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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2508.20104 (cond-mat)
[提交于 2025年8月12日 ]

标题: 亚纳米界面流体力学:界面粘度与表面摩擦的相互作用

标题: Sub-Nanometer Interfacial Hydrodynamics: The Interplay of Interfacial Viscosity and Surface Friction

Authors:Shane R. Carlson, Roland R. Netz
摘要: 为了对纳米流体系统进行准确描述,必须考虑在亚纳米尺度下液体在表面的输运特性,此时经典流体力学由于表面-液体相互作用的有限范围以及局部粘度的改变而失效。我们展示了如何通过广义的、与位置相关的表面摩擦和界面粘度分布来同时考虑这两方面因素,这使得可以使用斯托克斯方程对纳米尺度的界面流动进行准确描述。这些分布是从水在极性、非极性、氟化和非氟化烷基和醇自组装单层上的非平衡分子动力学模拟中提取的,这些单层具有广泛的变化润湿特性。揭示了纳维摩擦系数、界面粘度过剩和耗尽长度之间的幂律关系,并发现它们各自都与粘附功呈指数关系。我们的框架为描述界面处亚纳米尺度的流体流动奠定了基础,这对电动力学、生物物理学和纳米流体学具有重要意义。
摘要: For an accurate description of nanofluidic systems, it is crucial to account for the transport properties of liquids at surfaces on sub-nanometer scales, where classical hydrodynamics fails due to the finite range of surface-liquid interactions and modifications of the local viscosity. We show how to account for both via generalized, position-dependent surface-friction and interfacial viscosity profiles, which enables the accurate description of interfacial flow on the nanoscale using the Stokes equation. Such profiles are extracted from non-equilibrium molecular dynamics simulations of water on polar, non-polar, fluorinated, and unfluorinated alkane and alcohol self-assembled monolayers of widely varying wetting characteristics. Power-law relationships among the Navier friction coefficient, interfacial viscosity excess, and depletion length are revealed, and these are each found to be exponential in the work of adhesion. Our framework forms the basis for describing sub-nanometer fluid flow at interfaces with implications for electrokinetics, biophysics, and nanofluidics.
评论: 31页,19图,于2025年7月31日提交至《纳米字母》
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 化学物理 (physics.chem-ph); 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2508.20104 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2508.20104v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.20104
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Shane Carlson [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 8 月 12 日 15:13:15 UTC (13,094 KB)
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