通过计算机模拟得到过冷水纳米液滴的表面张力

我们通过 TIP4P/2005 水纳米液滴的模拟估算了液相-气相表面张力，液滴尺寸为 $N$=100 至 2880 个分子，温度 $T$ 范围为 180 K 至 300 K。我们通过两种途径计算了平面表面张力 $\gamma_p$、曲率依赖表面张力 $\gamma_s$ 和 Tolman 长度 $\delta$：一种基于压力张量（“力学途径”），另一种基于拉普拉斯压力（“热力学途径”）。我们发现这两条途径给出的 $\gamma_p$、$\gamma_s$ 和 $\delta$ 结果不同，尽管在所有情况下我们都发现 $\delta\ge 0$ 且与 $T$ 无关。尽管如此，两条途径间 $\gamma_p$ 的 $T$ 依赖关系一致，并且与 Vega 和 de Miguel [J. Chem. Phys. 126, 154707 (2007)] 在环境压力下穿过 230 K 处 Widom 线的结果一致。低于 230 K 时，$\gamma_p$ 随冷却上升得比由 $T\ge 300$ K 行为所预测的要快。我们表明低 $T$ 下 $\gamma_p$ 的升高与纳米液滴核心中结构良好的随机四面体网络的出现相关，因此表面张力可用作探测过冷水中所提出的液-液相变相关行为的探针。