В биофизике закон Мюррея указывает на корреляцию радиусов трубок, по которым движется жидкость. Ученые из Кембриджа предложили свою интерпретацию этого принципа и выдвинули новую теорию материаловедения. Она позволяет разрабатывать пористые материалы с различными функциями для широкого спектра применения: от хранения энергии до более эффективных катализаторов и датчиков.

Физиолог Сесил Мюррей сформулировал свой закон в 1926 году, чтобы объяснить, как естественные системы сосудов у животных или растений переносят жидкости с минимальной затратой энергии. Закон Мюррея хорошо работает с цилиндрическими структурами, но в случае искусственных трубок другой формы сечения оказывается не настолько полезным, пишет IE.

Ученые из Университета Кембриджа выдвинули новую концепцию — «универсальный закон Мюррея», соединяющий структуру биологических сосудов с искусственными материалами.

«Для того чтобы расширить ее применимость на искусственные материалы, мы распространили этот закон, включив в него гидравлическое сопротивление в иерархических каналах. Предложенный нами Универсальный закон Мюррея работает для пор любой формы и подходит всем распространенным типам переноса, включая ламинарный поток, диффузию и ионную миграцию», — сказал Чжоу Бинхань, первый автор статьи.

Свою гипотезу исследователи подтвердили с помощью графенового аэрогеля, чрезвычайно пористого материала. Управляя ростом кристаллов льда, они меняли в нем размер и форму пор. Их эксперименты доказали, что микроскопический канал, подчиняющийся этому закону, оказывает минимальное сопротивление потоку жидкости, тогда как отклонения от него указывают на повышенное сопротивление.

Помимо этого, ученые продемонстрировали практический смысл Универсального закона Мюррея, оптимизировав пористый датчик газа. Тот образец, который был спроектирован в согласии с законом, срабатывал значительно быстрее датчиков, созданных по принципу традиционной иерархии. При этом единственное отличие между ними — малозаметная разница в форме.