Published April 1, 2016
| Version v1
Publication
Open
Effectiveness of the Young-Laplace equation at nanoscale
Description
Using molecular dynamics (MD) simulations, a new approach based on the behavior of pressurized water out of a nanopore (1.3-2.7 nm) in a flat plate is developed to calculate the relationship between the water surface curvature and the pressure difference across water surface. It is found that the water surface curvature is inversely proportional to the pressure difference across surface at nanoscale, and this relationship will be effective for different pore size, temperature, and even for electrolyte solutions. Based on the present results, we cannot only effectively determine the surface tension of water and the effects of temperature or electrolyte ions on the surface tension, but also show that the Young-Laplace (Y-L) equation is valid at nanoscale. In addition, the contact angle of water with the hydrophilic material can be further calculated by the relationship between the critical instable pressure of water surface (burst pressure) and nanopore size. Combining with the infiltration behavior of water into hydrophobic microchannels, the contact angle of water at nanoscale can be more accurately determined by measuring the critical pressure causing the instability of water surface, based on which the uncertainty of measuring the contact angle of water at nanoscale is highly reduced.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
باستخدام محاكاة الديناميكيات الجزيئية، تم تطوير نهج جديد يعتمد على سلوك الماء المضغوط من المسام النانوية (1.3-2.7 نانومتر) في لوحة مسطحة لحساب العلاقة بين انحناء سطح الماء وفرق الضغط عبر سطح الماء. وجد أن انحناء سطح الماء يتناسب عكسيًا مع فرق الضغط عبر السطح على مقياس النانو، وستكون هذه العلاقة فعالة لمختلف أحجام المسام ودرجة الحرارة وحتى بالنسبة لمحاليل الإلكتروليت. بناءً على النتائج الحالية، لا يمكننا فقط تحديد التوتر السطحي للماء وتأثيرات درجة الحرارة أو أيونات الإلكتروليت على التوتر السطحي بشكل فعال، ولكن أيضًا إظهار أن معادلة يونغ لابلاس (Y - L) صالحة على نطاق النانو. بالإضافة إلى ذلك، يمكن حساب زاوية تلامس الماء مع المادة الآلفة للماء من خلال العلاقة بين الضغط غير المستقر الحرج لسطح الماء (ضغط الانفجار) وحجم المسام النانوية. بالاقتران مع سلوك تسلل الماء إلى القنوات الدقيقة غير الآلفة للماء، يمكن تحديد زاوية تلامس الماء على المقياس النانوي بشكل أكثر دقة من خلال قياس الضغط الحرج الذي يسبب عدم استقرار سطح الماء، والذي بناءً عليه يتم تقليل عدم اليقين في قياس زاوية تلامس الماء على المقياس النانوي بشكل كبير.Translated Description (French)
À l'aide de simulations de dynamique moléculaire (DM), une nouvelle approche basée sur le comportement de l'eau sous pression à partir d'un nanopore (1,3-2,7 nm) dans une plaque plate est développée pour calculer la relation entre la courbure de la surface de l'eau et la différence de pression à travers la surface de l'eau. On constate que la courbure de la surface de l'eau est inversement proportionnelle à la différence de pression à travers la surface à l'échelle nanométrique, et cette relation sera efficace pour différentes tailles de pores, températures, et même pour des solutions d'électrolyte. Sur la base des présents résultats, nous ne pouvons pas seulement déterminer efficacement la tension superficielle de l'eau et les effets de la température ou des ions électrolytes sur la tension superficielle, mais nous montrons également que l'équation de Young-Laplace (Y-L) est valide à l'échelle nanométrique. En outre, l'angle de contact de l'eau avec le matériau hydrophile peut être en outre calculé par la relation entre la pression instable critique de la surface de l'eau (pression d'éclatement) et la taille des nanopores. En combinaison avec le comportement d'infiltration de l'eau dans des microcanaux hydrophobes, l'angle de contact de l'eau à l'échelle nanométrique peut être déterminé plus précisément en mesurant la pression critique provoquant l'instabilité de la surface de l'eau, sur la base de laquelle l'incertitude de la mesure de l'angle de contact de l'eau à l'échelle nanométrique est fortement réduite.Translated Description (Spanish)
Usando simulaciones de dinámica molecular (MD), se desarrolla un nuevo enfoque basado en el comportamiento del agua presurizada de un nanoporo (1.3-2.7 nm) en una placa plana para calcular la relación entre la curvatura de la superficie del agua y la diferencia de presión a través de la superficie del agua. Se encuentra que la curvatura de la superficie del agua es inversamente proporcional a la diferencia de presión a través de la superficie a nanoescala, y esta relación será efectiva para diferentes tamaños de poro, temperatura e incluso para soluciones de electrolitos. Con base en los presentes resultados, no solo podemos determinar de manera efectiva la tensión superficial del agua y los efectos de la temperatura o los iones electrolíticos en la tensión superficial, sino que también mostramos que la ecuación de Young-Laplace (Y-L) es válida a nanoescala. Además, el ángulo de contacto del agua con el material hidrófilo se puede calcular adicionalmente mediante la relación entre la presión inestable crítica de la superficie del agua (presión de estallido) y el tamaño de los nanoporos. Combinado con el comportamiento de infiltración del agua en microcanales hidrófobos, el ángulo de contacto del agua a nanoescala se puede determinar con mayor precisión midiendo la presión crítica que causa la inestabilidad de la superficie del agua, en función de la cual la incertidumbre de medir el ángulo de contacto del agua a nanoescala se reduce en gran medida.Files
srep23936.pdf.pdf
Files
(3.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:41548880d7ed7effdb4cc7d1eb5ec8d9
|
3.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- فعالية معادلة يونغ لابلاس على نطاق النانو
- Translated title (French)
- Efficacité de l'équation de Young-Laplace à l'échelle nanométrique
- Translated title (Spanish)
- Eficacia de la ecuación de Young-Laplace a nanoescala
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2324190200
- DOI
- 10.1038/srep23936
References
- https://openalex.org/W1577090645
- https://openalex.org/W1963724953
- https://openalex.org/W1967681196
- https://openalex.org/W1978105497
- https://openalex.org/W1991323351
- https://openalex.org/W1991794210
- https://openalex.org/W1992112369
- https://openalex.org/W1993508253
- https://openalex.org/W1993869400
- https://openalex.org/W1994811489
- https://openalex.org/W1999590777
- https://openalex.org/W2001979196
- https://openalex.org/W2003798002
- https://openalex.org/W2007219736
- https://openalex.org/W2010474566
- https://openalex.org/W2019465613
- https://openalex.org/W2023032519
- https://openalex.org/W2030728209
- https://openalex.org/W2031272029
- https://openalex.org/W2037257326
- https://openalex.org/W2037555377
- https://openalex.org/W2039699713
- https://openalex.org/W2041014558
- https://openalex.org/W2042681755
- https://openalex.org/W2046802317
- https://openalex.org/W2049475242
- https://openalex.org/W2055115191
- https://openalex.org/W2058125550
- https://openalex.org/W2059104265
- https://openalex.org/W2064367138
- https://openalex.org/W2065329899
- https://openalex.org/W2066053102
- https://openalex.org/W2068641424
- https://openalex.org/W2077261104
- https://openalex.org/W2077564189
- https://openalex.org/W2078770192
- https://openalex.org/W2080460476
- https://openalex.org/W2083224701
- https://openalex.org/W2084992405
- https://openalex.org/W2089961740
- https://openalex.org/W2094574741
- https://openalex.org/W2106140689
- https://openalex.org/W2108187138
- https://openalex.org/W2113955381
- https://openalex.org/W2128886433
- https://openalex.org/W2161401440
- https://openalex.org/W2314775669
- https://openalex.org/W2315182719
- https://openalex.org/W2319829599
- https://openalex.org/W2334142316