西安交通大學綠色氫電全國重點實驗室白博峰、孫成珍教授團隊通過高精度大尺度分子模擬，研究了特征尺度在亞納米至30 nm間的納米通道內水的毛細流動特性。研究發現納米受限空間尺度減小將導致水的毛細流動能力低于經典Lucas-Washburn理論預測，且偏差隨尺度降低而顯著增加，符合常規實驗發現。研究揭示了毛細流動的尺度依賴性，打破了通道越小阻力越大流動越慢的固有認知，近日相關研究成果發表在《物理評論快報》上。
研究發現當通道特征尺度降低至3 nm時，水的流動發生意料之外的逆轉，表現出反常的流動增強特性，使得理論偏差不升反降。理論分析發現納米受限水的結構依賴于受限尺度，并產生兩種相反的尺度依賴效應，分別為能夠增加流動阻力的長程粘性增強效應和增加流動動力的短程分離壓效應，尺度效應的不匹配使得納米尺度水的毛細流動表現出特異的非單調尺度依賴性，特別發現這種特異尺度依賴性廣泛存在于親水和疏水納米通道中。通過引入分離壓、對粘度進行尺度修正以及對其他納米尺度效應（如動態接觸角、壁面滑移）建模，建立了從納觀到宏觀、納秒到秒的多尺度時空統一的毛細流動理論預測模型，并通過大量分子動力學模擬和文獻實驗結果進行驗證。
相關論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.184001
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