Слева: плоская струя жидкого додекана, создаваемая соплом микрофлюидного чипа. Справа: падающий молекулярный пучок (красная линия), падающий на поверхность струи. Исследователи могут анализировать скорости и угловые распределения молекул в рассеянном луче (синяя линия). Авторы и права: Чин Ли, Калифорнийский университет в Беркли.

Он использует молекулярный пучок, направленный на плоскую поверхность жидкости. Когда луч рассеивается, детектор собирает данные о скорости, направлении и массе молекул в рассеянном луче. Это позволяет исследователям делать выводы об изменениях, связанных с взаимодействием газа и жидкости. Чтобы оценить осуществимость этого нового подхода, исследователи изучили взаимодействие между благородным газом неоном и жидким додеканом.

Граница между газовой и жидкой фазами представляет собой уникальную химическую среду. Важно понимать химические реакции в атмосфере Земли и то, как углерод перемещается между воздухом и поверхностью моря. В промышленных условиях этот интерфейс влияет на смешивание воздуха и топлива в двигателях внутреннего сгорания и других устройствах. Новый аппарат для рассеяния плоской струи открывает новые возможности для изучения границы раздела газ-жидкость летучих жидкостей. Теперь ученые могут изучать реакции молекул на поверхности жидкой воды с разрешением на молекулярном уровне. Исследователи планируют использовать этот метод для изучения образования кислотных дождей и молекул, связанных с загрязнением воздуха.

В этом исследовании сообщается о первых результатах недавно разработанного плоскоструйного рассеивающего аппарата. Исследователи, в том числе ученые из Калифорнийского университета в Беркли; Национальная лаборатория Лоуренса Беркли; Институт Фрица Габера Общества Макса Планка; Институт инженерии поверхности Лейбница; и Лейпцигский университет продемонстрировали работоспособность устройства, изучая неоновые– жидкая додекановая рассеивающая система. Они начали с измерения молекулярного испарения из плоской струи додекана, легированной неоном. Исследование показало, что испарение следует угловому распределению, которое лучше всего аппроксимируется функцией косинуса как для молекул неона, так и для додекана. Кроме того, распределение скоростей исходящих молекул неона следует распределению Максвелла-Больцмана при температуре жидкости. Это указывает на невозмущенное испарение неона. Поэтому исследователи использовали атомы неона для исследования динамики рассеяния на поверхности жидкого додекана.

В экспериментах по рассеянию команда наблюдала два основных механизма: импульсное рассеяние (IS) и термическую десорбцию (TD). В ТД молекулы, попадающие на поверхность, полностью термализуются вместе с жидкостью и затем десорбируются. Этот механизм имеет отпечатки пальцев, уже известные из исследований испарения. Однако для ИС информация о начальной энергии и направлении пучка частично сохраняется. В исследовании использовалось это условие для количественной оценки поступательной передачи энергии от неона к жидкости. Они показали, что характер передачи энергии можно смоделировать с помощью кинематической модели мягких сфер. Эта модель позволила им оценить эффективную поверхностную массу додекана в 60 а.е.м., что намного меньше, чем у одной молекулы додекана (170 а.е.м.), тем самым указывая на то, что только часть молекулы додекана вносит вклад во взаимодействие в масштабе времени столкновения. Следующие шаги команды включают проведение экспериментов, связанных с протонным/апротонным молекулярным рассеянием на додекане и реактивным рассеянием на воде.