Сотрудниками кафедры вычислительной физики и моделирования физических процессов Института физики Казанского федерального университета разработана уникальная модель, позволяющая универсальным образом интерпретировать экспериментальные данные по вязкости для веществ совершенно разного типа, а также предложен альтернативный способ классификации материалов, в котором применяется единая масштабированная температурная шкала.
Работа велась в рамках поддержанного грантом Российского научного фонда проекта «Теоретические, симуляционные и экспериментальные исследования физико-механических особенностей аморфообразующих систем с неоднородными локальными вязкоупругими свойствами», руководителем которого является заведующий кафедрой, профессор Анатолий Мокшин.
Результаты исследования представлены в статье, опубликованной в журнале Journal of Non-Crystalline Solids.
С помощью разработанной модели вязкости ученые выполнили обработку экспериментальных данных, полученных для тридцати различных типов веществ: от простого кварцевого стекла до сложных органических соединений, таких как салол и пропиленкарбонат, применяемых в фармацевтике и косметологии.
«Разработанная модель достаточно точно воспроизводит экспериментальные температурные зависимости вязкости этих веществ как вблизи температуры плавления, так и вблизи температуры стеклования, ниже которой вещество замерзает, сохранив структуру жидкости. При этом в модели используется всего два подгоночных параметра, что является одним из ее главных преимуществ. Для сравнения, в других существующих моделях используется не менее трех таких параметров. Поэтому эта модель может быть использована для более точного предсказания низкотемпературных физических параметров веществ на основе высокотемпературных характеристик, таких как теплопроводность и энтропия при температуре плавления», – проинформировал первый автор статьи, доцент кафедры вычислительной физики и моделирования физических процессов Булат Галимзянов.
Ученые смогли получить такие результаты благодаря использованию оригинального метода масштабирования температурной шкалы.
«Ранее нами был разработан метод, позволяющий масштабировать температурную шкалу и, тем самым, фазовую диаграмму различных типов веществ, если для этой системы известны температура плавления и температура стеклования. Это дало возможность сопоставить экспериментальные температурные зависимости вязкости веществ независимо от условий их приготовления. Эта температурная шкала легла в основу разработанной модели вязкости, что позволило свести к минимуму число регулируемых параметров и повысить точность аппроксимации данных», – пояснил второй автор статьи, профессор кафедры вычислительной физики и моделирования физических процессов Анатолий Мокшин.
Выполненные в КФУ исследования позволят внести корректировки в существующие способы классификации так называемых аморфообразующих жидкостей, а также позволят создать унифицированную модель вязкости, единую для различных типов веществ.