vestnikmephiВестник НИЯУ МИФИVestnik natsional'nogo issledovatel'skogo yadernogo universiteta "MIFI"2304-487XNational Research Nuclear University "MEPhI"10.26583/vestnik.2024.5.1AYRBOGvestnikmephi-341Research ArticleТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКАTHEORETICAL AND EXPERIMENTAL PHYSICSОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗАПОЛНЕНИЯ НАНОПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА НЕСМАЧИВАЮЩЕЙ ЖИДКОСТЬЮTHE FILLING RATE DETERMINATION OF A NANOPOROUS MATERIALS WITH A NON-WETTING LIQUIDАсафоваВ. Д.AsafovaV. D.

Кафедра №10 "Молекулярная физика", инженер

asafovalera@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0003-7805-4199КулаковС. А.KulakovS. A.

Отдел компетенций WorldSkills, Инженер

https://orcid.org/0000-0001-5514-4560БыркинБ. А.ByrkinV. A.

Кафедра №10 "Молекулярная физика", доцент

БортниковаС. А.BortnikovaS. A.

Кафедра 10 " Молекулярная физика ", Инженер 1 категории

https://orcid.org/0000-0002-0375-5113БелогорловА. А.BelogorlovA. A.

кандидат физико-математических наук, доцент

Кафедра №10 "Молекулярная физика", доцент

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research Nuclear University «MEPhI»Russian Federation202405112024135285292Copyright © Асафова В.Д., Кулаков С.А., Быркин Б.А., Бортникова С.А., Белогорлов А.А., 20242024Асафова В.Д., Кулаков С.А., Быркин Б.А., Бортникова С.А., Белогорлов А.А.Asafova V.D., Kulakov S.A., Byrkin V.A., Bortnikova S.A., Belogorlov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnikmephi.elpub.ru/jour/article/view/341

Изучение процессов взаимодействия нанопористого материала с несмачивающей жидкостью вызывает интерес не только с точки зрения фундаментальной науки в части распространения жидкости в наноканалах (нанофлюидика), но и как применение таких систем для поглощения энергии удара, взрыва и вибраций. Именно для этих приложений особенно важно знать механизм распространения жидкости в нанопористых материалах и делать оценки временных характеристик отклика системы на высокоскоростные импульсные воздействия. Целью данной работы являлось исследование влияния скорости изменения давления в системе на процесс заполнения пор нанопористого материала несмачивающей жидкостью. Проведена серия экспериментов заполнения – вытекания в системе нанопористый материал (гидрофобизированный нанопористый силикагель Fluka 100 C8 (60759-50G) производства Sigma-Aldrich) – несмачивающая жидкость (деионизированная дистиллированная вода) при скоростях изменения внутреннего объема 0.24÷11.78 10‒2 см3/с при температуре 20 °С. На основе экспериментальных данных разработана методика определения скорости заполнения нанопористого материала несмачивающей жидкостью. Разработанная методика будет в дальнейшем использоваться для изучения заполнения нанопористых материалов несмачивающими жидкостями.

The study of the interaction of a nanoporous material with a non-wetting liquid is of interest not only from the point of fundamental science view in terms of liquid distribution in nanochannels, but also as an application of such systems to absorb the energy of impact, explosion and vibrations. It is for these applications that it is especially important to know the mechanism of liquid distribution in nanoporous materials and to make estimates of the time characteristics of the system response to high-speed pulse effects. The purpose of this work was to study the effect of the rate of pressure change in the system on the process of filling the pores of a nanoporous material with a non-wetting liquid. A series of intrusion – extrusion experiments was carried out in the nanoporous material (hydrophobized nanoporous silica gel Fluka 100 C8 (60759-50G) by Sigma-Aldrich) – non-wetting liquid (deionized distilled water) system at internal volume change rates of 0.24 ÷ 11.78 10‒2 cc/s at a temperature of 20 °C. Based on experimental data, a method for determining the filling rate of a nanoporous material with a non-wetting liquid has been developed. The developed technique will be further used to study the filling of nanoporous materials with non-wetting liquids.

нанопористый материалнесмачивающая жидкостьнанофлюидикаnanoporous materialnon-wetting liquidnanofluidics.Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00352, https://rscf.ru/project/23-29-00352/.The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 23-29-00352, https://rscf.ru/project/23-29-00352/.ReferencesMajumder M. et al. Nanoscale hydrodynamics: Enhanced flow in carbon nanotubes // Nature, 2005. V. 438. Iss. 7064. P. 44.Majumder M. et al. Nanoscale hydrodynamics: Enhanced flow in carbon nanotubes. Nature, 2005. Vol. 438. Iss. 7064. Pp. 44.Skoulidas A. I. et al. Rapid transport of gases in carbon nanotubes // Physical review letters, 2002. V. 89. Iss. 18. 185901.Skoulidas A.I. et al. Rapid transport of gases in carbon nanotubes. Physical review letters, 2002. Vol. 89. Iss. 18. 185901.Hummer G., Rasaiah J. C., Noworyta J. P. Water conduction through the hydrophobic channel of a carbon nanotube // Nature, 2001. V. 414. Iss. 6860. P. 188‒190.Hummer G., Rasaiah J.C., Noworyta J.P. Water conduction through the hydrophobic channel of a carbon nanotube. Nature, 2001. Vol. 414. Iss. 6860. Pр. 188‒190.Chen X. et al. Nanoscale fluid transport: size and rate effects // Nano letters, 2008. V. 8. Iss. 9. P. 2988‒2992.Chen X. et al. Nanoscale fluid transport: size and rate effects. Nano letters, 2008. Vol. 8. Iss. 9. Pр. 2988‒2992.Sun Y. et al. Rate effect of liquid infiltration into mesoporous materials // RSC advances, 2017. V. 7. Iss. 2. P. 971‒974.Sun Y. et al. Rate effect of liquid infiltration into mesoporous materials. RSC advances, 2017. Vol. 7. Iss. 2. Pр. 971‒974.Lowell S. et al. Characterization of porous solids and powders: surface area, pore size and density // Springer Science & Business Media, 2012. V. 16.Lowell S. et al. Characterization of porous solids and powders: surface area, pore size and density, Springer Science & Business Media, 2012. Vol. 16.Физические величины. Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1234 с.Fizicheskie velichiny. Spravochnik / Pod red. I.S. Grigor'eva, E.Z. Mejlihova. [Physical quantities. Handbook / Ed. I.S. Grigorieva, E.Z. Meilikhova]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1991. 1234 p.Борман В. Д. и др. Перколяционный переход при заполнении нанопористого тела несмачивающей жидкостью // ЖЭТФ, 2005. Т. 127. № 2. С. 431‒444.Borman V.D. et al. [The percolation transition in filling a nanoporous body by a nonwetting liquid]. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2005. Vol. 100. Pp. 385‒397 (in Russian).Belogorlov A.A. et al. The distribution of captured non-wetting liquid dispersed in nanoporous medium recovery method // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2016. V. 751. Iss. 1. 012030.Belogorlov A.A. et al. The distribution of captured non-wetting liquid dispersed in nanoporous medium recovery method. Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2016. Vol. 751. Iss. 1, 012030.Belogorlov A.A. et al. Study of the model system for delivery and controlled release of anticancer drugs in affected areas // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2020. V. 1696. Iss. 1. 012032.Belogorlov A.A. et al. Study of the model system for delivery and controlled release of anticancer drugs in affected areas. Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2020. Vol. 1696. Iss. 1. 012032.Borman V.D., Belogorlov A.A., Tronin V.N. Observation of relaxation of the metastable state of a non-wetting liquid dispersed in a nanoporous medium // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2016. V. 496. P. 63‒68.Borman V.D., Belogorlov A.A., Tronin V.N. Observation of relaxation of the metastable state of a non-wetting liquid dispersed in a nanoporous medium. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2016. Vol. 496. Pp. 63‒68.Борман В. Д. и др. Переход диспергирования и неэргодичность системы неупорядоченная нанопористая среда ‒ несмачивающая жидкость // ЖЭТФ, 2013. Т. 144. №. 6. С. 1290‒1318.Borman V. D. et al. Perekhod dispergirovaniya i neergodichnost' sistemy neuporyadochennaya nanoporistaya sreda ‒ nesmachivayushchaya zhidkost'. [Dispersion transition and the nonergodicity of the disordered nanoporous medium-nonwetting liquid system]. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2013. Vol. 117. Pp. 1139‒1163 (in Russian).Grinchuk P. S., Rabinovich O. S. Surfaces of percolation systems in lattice problems // Physical Review E, 2003. V. 67. Iss. 4. 046103.Grinchuk P. S., Rabinovich O. S. Surfaces of percolation systems in lattice problems. Physical Review E, 2003. Vol. 67. Iss. 4. 046103.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.