Российские ученые провели анализ 60 различных наножидкостей и выяснили, как размер и концентрация частиц в них влияют на то, будет вещество ньютоновской жидкостью или нет. Их работа опубликована в журнале Colloids and Surfaces A.

Ньютоновская жидкость подчиняется закону вязкого трения Ньютона: ее вязкость зависит только от давления и температуры и никак не связана с внешними воздействиями. Простейший пример — вода. В неньютоновских жидкостях же вязкость существенно зависит от внешнего воздействия: например, чем быстрее в ней движется объект, тем больше ее вязкость.

Большая часть неньютоновских жидкостей представляет собой неоднородные смеси, состоящие из крупных молекул. Именно они и определяют такие свойства системы. Не являются исключением и наножидкости. Это любая жидкая система, содержащая наноразмерные частицы, причем их объемная концентрация невелика и обычно не превышает 10%.

Добавление наночастиц в жидкость меняет ее структуру: возрастает плотность молекул растворителя 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, в косметической и парфюмерной промышленности.

В своей работе ученые из Сибирского федерального университета, Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН и Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета провели анализ 60 образцов наножидкостей с размерами частиц от 5 до 150 нм. Оказалось, что текучесть системы может меняться из-за увеличения концентрации или уменьшения размера частиц. Чем меньше частицы, тем выше вероятность того, что жидкость станет неньютоновской.

«Мы исследовали в том числе оксиды титана и алюминия. Они имеют одинаковый размер частиц — 150 нм, но реологические характеристики жидкости при одинаковой концентрации частиц отличались. Если добавить наноалмазы в этиленгликоль, получается обычная ньютоновская жидкость, а если в воду — то неньютоновская. Хотя мы предполагали обратную закономерность, так как у этиленгликоля вязкость выше, чему воды. Объяснить причины такого необычного поведения еще только предстоит: нужно проводить серию тонких экспериментов, сделать рентгенографический анализ», — отметил соавтор работы, профессор Сибстрина Валерий Рудяк.