机械形变纳米多孔材料中微观动力学与水力渗透率的联系

在纳米受限流体领域，存在显著的形变/输运耦合实例，其中限制性主体的机械受力与受限流体的动力学相互影响。尽管这种引人入胜的行为可能被用于实际应用（例如储能、相分离、催化），但其潜在机制仍有待理解，因为它们对现有框架构成了挑战。在此，运用分子模拟并结合界面流体固有的概念进行分析，我们研究了承受外部机械应力的柔性纳米多孔材料中的流体流动。我们表明，孔隙的力学性质显著影响流体流动，因为它们会导致显著的孔隙形变以及界面处不同的密度分层，这可以通过引入界面粘性效应来解释。尽管存在此类孔隙力学效应，我们证明了通过引入基于 Gibbs 分界面概念的孔径定义，热力学性质（即吸附）可以与渗透率的 Darcy 定律一致地联系起来。特别地，无论孔隙刚度如何以及施加何种外部应力，所有数据都可以通过考虑流体粘度和界面滑移来合理化，而与特定的孔径定义无关。利用这种形式体系，我们确立了集体扩散率与水力渗透率之间的紧密关系——该关系是使用线性响应理论推导出的——仍然成立。这使得在柔性纳米多孔材料中，能够将微观动力学实验与流体流动的渗透率实验一致地联系起来。