​Группа исследователей из Сибирского федерального университета, Института теплофизики им С. С. Кутателадзе СО РАН и Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета проанализировала характеристики 60 наножидкостей и установила, что с уменьшением размера наночастиц увеличивается вероятность того, что жидкость станет неньютоновской. Подробности опубликованы в журнале Colloids and Surfaces A.
 
Привычная нам вода — ньютоновская жидкость, вязкость которой почти не зависит от внешних воздействий. Но если в воде густо развести крахмал, то полученная смесь будет неньютоновской жидкостью с необычными свойствами. Можно даже пробежаться по такому раствору не утонув, но стоит лишь остановиться — начнете погружаться. Наножидкость — это любой флюид, содержащий наноразмерные частицы, причем их объемная концентрация невелика и обычно не превышает 10 %. 
 
Как объясняет соавтор работы главный научный сотрудник Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета профессор, доктор физико-математических наук Валерий Яковлевич Рудяк, добавление наночастиц в жидкость меняет ее структуру: возрастает плотность молекул флюида около каждой частицы. В результате можно создавать жидкость с контролируемыми свойствами и управлять ими во время ее движения. Это используется, например, в производстве буровых растворов, косметической и парфюмерной промышленности.
 
«Мы впервые систематически показали на примере шестидесяти разных жидкостей с наночастицами размером от 5 до 150 нанометров, что реология может меняться из-за увеличения концентрации или уменьшения размера частиц. Чем меньше частицы, тем выше вероятность того, что жидкость станет неньютоновской», — говорит Валерий Рудяк.
 
В качестве базового флюида исследователи брали воду, этиленгликоль и машинные масла. Добавками выступали оксиды, металлы и наноалмазы. Выяснилось, что свойства наножидкости зависят от материала наночастиц. Это совершенно нехарактерно для привычного нам макромира, где действует уравнение Эйнштейна. Оно постулирует, что вязкость дисперсной жидкости — той, в которой содержатся твердые частицы, — не зависит от их материала.
 
наночастицы SiO2 в этиленгликоле 
Наночастицы SiO2 в этиленгликоле
 
«Например, исследованные оксиды титана и алюминия имели одинаковый размер частиц — 150 нм, но реологические характеристики жидкости при одинаковой концентрации частиц отличались. При добавлении наноалмазов в этиленгликоль мы получали обычную ньютоновскую жидкость, а в воду — неньютоновскую. Хотя можно было ожидать противоположного, поскольку у этиленгликоля высокая вязкость. Объяснить причины такого необычного поведения еще только предстоит: нужно проводить серию тонких экспериментов, делать структурный, рентгенографический анализ», — комментирует Валерий Рудяк.
 
Управляемые жидкости востребованы и в медицине — для точечной доставки лекарств. Сфера применения в области нефтедобычи тоже чрезвычайно широка: лишь компания «Бейкер Хьюз» (одна из ведущих сервисных компаний в этом сегменте) использует несколько сотен разных буровых растворов, «Шлюмберже» — примерно вдвое больше. В июне 2019 года в Испании прошла первая международная конференция, посвященная наножидкостям и, в частности, возможностям их использования.
 
«Для практического применения большое значение имеют не только контролируемые свойства (сегодня в принципе ясно, как их создать), но и время жизни наножидкости. Частицы очень маленькие и, в отличие от больших, они не оседают под действием силы тяжести, но могут слипаться. Чтобы этого не происходило, их обрабатывают ультразвуком, используют дисперсанты — покрывают специальной пленкой. Поэтому внедрение наножидкостей — в большой степени вопрос не науки, а технологии их создания и финансирования. В США наножидкости выпускаются промышленно, время их жизни недели и месяцы», — добавляет Валерий Рудяк.
 
В настоящее время ученые продолжают исследование способов управления свойствами наножидкостей, в частности для создания на их основе хладагента нового типа. Эта работа выполняется совместно с индийскими коллегами.
 
Надежда Дмитриева

Источники

Сибирские ученые: свойства наножидкостей зависят от концентрации и состава наночастиц
Наука в Сибири (sbras.info), 07/08/2019
Новосибирские физики исследовали зависимость свойств наножидкостей от их состава
Новости@Rambler.ru, 07/08/2019
Новосибирские физики исследовали зависимость свойств наножидкостей от их состава
ТАСС, 07/08/2019
Размер частиц наножидкостей определяет их физические свойства
Индикатор (indicator.ru), 07/08/2019
Ученые Института теплофизики экспериментируют с наножидкостями
Infopro54.ru, 07/08/2019
Сибирские ученые открыли новые свойства воды
Ndn.info, 07/08/2019
Сибирские ученые создают жидкость с контролируемыми свойствами
ИА Regnum, 07/08/2019
Новосибирские физики исследовали зависимость свойств наножидкостей от их состава
Novosibirsk.4geo.ru, 07/08/2019
Сибирские ученые: свойства наножидкостей зависят от концентрации и состава наночастиц
Российская академия наук (ras.ru), 08/08/2019
Раскрыт секрет Христа: сибирские ученые создали нановоду, по которой можно бегать
SM News (sm-news.ru), 08/08/2019
Раскрыт секрет Христа: сибирские ученые создали нановоду, по которой можно бегать
Seldon.News (news.myseldon.com), 08/08/2019
Размер частиц наножидкостей определяет их физические свойства
Nanonewsnet.ru, 09/08/2019

Похожие новости

  • 13/08/2019

    Сибирские ученые научились находить и устранять деформации в промышленной керамике

    ​Коллектив ученых из Красноярска и Новосибирска разработал метод для определения остаточных деформаций в керамике из титаната бария. Это позволит сохранить её свойства и контролировать качество изделий, производимых из этого материала.
    361
  • 19/12/2018

    Определена оптимальная форма Т-образных микромиксеров

    Ученые из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Новосибирска провели численное моделирование перемешивания жидкостей в Т-образных микромиксерах и определили их оптимальную форму.
    901
  • 23/01/2019

    Новосибирские физики смоделировали атмосферу экзопланет

    ​Сотрудники Института лазерной физики СО РАН в лабораторных условиях моделируют плазменный ветер, аналогичный тому, что испускают объекты в сотнях световых лет от Земли. Эти исследования имеют большое значение для изучения состава и динамики верхней атмосферы разных классов экзопланет, в том числе потенциально пригодных для жизни.
    832
  • 21/09/2018

    В Новосибирске построят «Междисциплинарный исследовательский комплекс по аэрогидродинамике, машиностроению и энергетике»

     В рамках проекта «Академгородок 2.0» сибирские ученые предлагают построить центр коллективного пользования «Междисциплинарный исследовательский комплекс по аэрогидродинамике, машиностроению и энергетике».
    1237
  • 22/02/2019

    В Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН обсудили новейшие разработки для промышленности

    ​На круглом столе, организованном ИТ СО РАН совместно с департаментом промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска, представители науки и производства обсудили новейшие разработки института, а также вопросы и проблемы взаимовыгодного сотрудничества.
    662
  • 29/04/2019

    Сибирские учёные участвуют в российских космических проектах

    Научные институты со ран работают в проектах «миллиметрон» и «федерация», наращивают группировку глонасс и не возражают против сотрудничества с частными космическими корпорациями. Первая в России негосударственная космическая компания появилась в Красноярске.
    381
  • 31/01/2017

    Сибирские ученые выявили роль Енисея в концентрации вредных примесей над Красноярском

    ​Исследователи Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН и Новосибирского государственного университета совместно с коллегами из Делфтского технического университета (Голландия) выяснили, что накопление вредных примесей над Красноярском может быть связано с неравномерным нагревом воздушных масс, обусловленным, в свою очередь, большой разницей температур между незамерзающим Енисеем и окружающим пространством.
    1177
  • 01/06/2018

    Созданное сибирскими учеными ПО поможет оценить безопасность стадионов

    В России продолжается высокий сезон футбола. В прошлом году наша страна принимала Кубок конфедераций, и всего через две недели в России начнется Чемпионат мира — самое престижное футбольное первенство планеты.
    735
  • 23/11/2017

    Сибирские ученые модернизировали метод расчета движения жидкостей

    ​Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета и Сибирского отделения РАН предложили использовать для гидродинамических расчетов систему из нескольких графических процессоров вместо центрального.
    1085
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    1184