极端限域下颗粒填充纳米孔中的锯齿形扩散与非标准输运
软凝聚态物质
2025-06-12 v1
摘要
理解分子尺度限域下的输运是推进纳米流体的关键，但经典流体力学定律在这些尺度上常常失效。这里，我们研究一个模型系统：使用分子动力学模拟研究甲苯作为溶剂和小型富勒烯作为模型颗粒在氧化铝狭缝纳米孔中的输运。我们发现甲苯组织成离散的层，其与孔径的匹配性导致输运系数对限域呈现出显著的非单调锯齿形依赖。这种分层不仅驱动溶剂扩散率的振荡，还在压力驱动条件下驱动流速和渗透率的振荡，打破了扩散、粘度和流之间的预期标度关系。令人惊讶的是，引入纳米颗粒并不会消除这些效应——尽管富勒烯扰乱了局部分层，但纳米颗粒扩散率仍保留了孔径的锯齿形依赖。我们的结果展示了结构匹配性和界面效应如何主导纳米限域液体中的输运，并导致与连续介质预期的显著偏离。这些发现为纳米孔中尺寸依赖的输运建立了微观基础，并强调了在限域软物质系统中需要超越流体力学的模型。
引用
@article{arxiv.2506.09191,
title = {Zigzagging Diffusion and Non-Standard Transport in Particle-laden Nanopores Under Extreme Confinement},
author = {A. Baer and P. Malgaretti and K. Hoellring and J. Harting and Ana-Suncana Smith},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.09191},
year = {2025}
}