Doklady ChemistryDoklady ChemistryДоклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах2686-95353034-5111The Russian Academy of Sciences65198610.31857/S2686953522600854OVWUAGPHYSICAL CHEMISTRYФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯDISJOINING PRESSURE IN THIN SPHERICAL LIQUID FILMS AND VAPOR LAYERS WITH MOLECULAR CORRELATIONS INCLUDEDРасклинивающее давление в тонких сферических жидких пленках и паровых прослойках при учете молекулярных корреляцийShchekinA. K.ЩёкинА. К.akshch@list.ruGostevaL. A.ГостеваЛ. А.akshch@list.ruSt. Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университет010320235091697502022025Copyright ©; 2023, А.К. Щёкин, Л.А. ГостеваCopyright ©; 2023, А.К. Щёкин, Л.А. Гостева2023А.К. Щёкин, Л.А. ГостеваА.К. Щёкин, Л.А. Гостеваhttps://journals.eco-vector.com/2686-9535/article/view/651986

Based on the expression for a grand thermodynamic potential as a molecular density functional, disjoining pressures in thin liquid films around nanosized wettable spherical particles and in thin vapor layers around nonwettable particles are calculated depending the degree of lyophilicity, film thickness and particle size. A characteristic feature of the approach is the full consideration of hard-sphere molecular correlations according to the fundamental measure theory in the density functional method and finding the complete dependence of the grand thermodynamic potential of the system on stable droplet or bubble size. Although the obtained results show a qualitative agreement between the new calculated disjoining pressure dependences and those obtained by us earlier in the framework of a simpler gradient method of the molecular density functional, the new results differ significantly quantitatively. It is confirmed that the disjoining pressure in the liquid film around nanosized lyophilic particle grows with the particle radius and lyophilicity.

На основе выражения для большого термодинамического потенциала как функционала молекулярной плотности рассчитаны расклинивающие давления в тонких жидких пленках вокруг наноразмерных смачиваемых сферических частиц и в тонких паровых прослойках вокруг несмачиваемых частиц в зависимости от степени лиофильности, толщины пленок и размера частиц. Характерными особенностями расчета являются полный учет жесткосферных молекулярных корреляций по теории фундаментальной меры в методе функционала плотности и построение полной зависимости большого термодинамического потенциала системы от размера равновесной капли или пузырька. Хотя в работе показано качественное согласие рассчитанных зависимостей расклинивающего давления с полученными в рамках более простого градиентного метода функционала молекулярной плотности, новые результаты существенно отличаются количественно. Подтверждено, что расклинивающее давление в жидкой пленке вокруг наноразмерной лиофильной частицы растет с увеличением размера и лиофильности частицы.

thin filmvapor layerlyophilicitylyophobicitywettingdisjoining pressuredensity functional theoryfundamental measure theoryтонкая пленкапаровая прослойкалиофильностьлиофобностьсмачиваниерасклинивающее давлениеметод функционала плотноститеория фундаментальной мерыДерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 398 с.Русанов А.И. // Журн. общей химии. 2022. Т. 92. № 4. С. 497–546. https://doi.org/10.31857/S0044460X22040011Rusanov A.I., Kuni F.M. // Colloids Surf. 1991. V. 61. P. 349–351. https://doi.org/10.1016/0166-6622(91)80320-NKuni F.M., Shchekin A.K., Rusanov A.I., Widom B. // Adv. Colloid Interface Sci. 1996. V. 65. P. 71–124. https://doi.org/10.1016/0001-8686(96)00290-4Куни Ф.М., Щекин А.К., Гринин А.П. // УФН. 2001. V. 171. P. 345–385.Gjennestad M.A., Wilhelmsen Ø. // Langmuir. 2020. V. 36. P. 7879−7893. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c00960Русанов А.И. // Коллоид. журн. 2019. Т. 81. № 6. С. 767. https://doi.org/10.1134/S0023291219060156Kubochkin N., Gambaryan-Roisman T. // Phys. Rev. Fluids. 2021. V. 6. P. 093603. https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.6.093603Napari I., Laaksonen A. // J. Chem. Phys. 2003. V. 119. P. 10363. https://doi.org/10.1063/1.1619949Bykov T.V., Zeng X.C. // J. Chem. Phys. 2002. V. 117. P. 1851. https://doi.org/10.1063/1.1485733Bykov T.V., Zeng X.C. // J. Chem. Phys. 2006. V. 125. P. 144515. https://doi.org/10.1063/1.2357937Щекин А.К., Лебедева Т.С., Татьяненко Д.В. // Коллоид. журн. 2016. Т. 78. С. 520–533. https://doi.org/10.7868/S0023291216040169Shchekin A.K., Lebedeva T.S. // J. Chem. Phys. 2017. V. 146. P. 094702. https://doi.org/10.1063/1.4977518Svetovoy V.B., Dević I., Snoeijer J.H., Lohse D. // Langmuir. 2016. V. 32. P. 11188–11196. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b01812Huang D.B., Quan X.J., Cheng P. // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2018. V. 93. P. 66–73. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2018.03.005Yatsyshin P., Durán-Olivencia M.-A., Kalliadasis S. // J. Phys.: Condens. Matter. 2018. V. 30. P. 274003. https://doi.org/10.1088/1361-648X/aac6faYatsyshin P., Kalliadasis S. // J. Fluid Mech. 2021. V. 913. P. A45. https://doi.org/10.1017/jfm.2020.1167Щёкин А.К. // Изв. АН. Сер. хим. 2023. Т. 72. № 2. С. 295–311.Bhatt D., Newman J., Radke C.J. // J. Phys. Chem. B. 2002. V. 106. P. 6529–6537. https://doi.org/10.1021/jp0202136Hu H., Sun Y. // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 103. P. 263110. https://doi.org/10.1063/1.4858469Zou A., Maroo S.C. // Phys. Fluids. 2021. V. 33. 042007. https://doi.org/10.1063/5.0044938Bryukhanov V.M., Baidakov V.G., Protsenko S.P. // Interfacial Phenomena and Heat Transfer. 2017. V. 5. P. 153–163. https://doi.org/10.1615/InterfacPhenomHeatTransfer.2018025452Protsenko K.R., Baidakov V.G. // Phys. Fluids. 2023. V. 35. P. 014111. https://doi.org/10.1063/5.0134778Shchekin A., Gosteva L., Tatyanenko D. // Colloids Surf. A. 2021. V. 615. P. 126277. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.126277Щёкин А.К., Гостева Л.А., Лебедева Т.С., Татьяненко Д.В. // Коллоид. журн. 2021. Т. 83. № 2. С. 235–241. https://doi.org/10.31857/S0023291221010122Evans R. // Adv. Phys. 1979. V. 28. P. 143–200. https://doi.org/10.1080/00018737900101365Evans R. Density Functionals in the Theory of Nonuniform Fluids. In: Fundamentals of Inhomogeneous Fluids. D. Henderson (Ed.). Marcel Dekker, New York, 1992. P. 85–175.Evans R. Density functional theory for inhomogeneous fluids I: Simple Fluids in Equilibrium. In: Lecture notes at 3rd Warsaw School of Statistical Physics. Cichocki B., Napiorkowski M., Piasecki J. (Eds.). Warsaw University Press., Warsaw, 2010. P. 43−85. ISBN 978-83-235-0602-7Lutsko J.F. // Adv. Chem. Phys. 2010. V. 144. P. 1–92. https://doi.org/10.1002/9780470564318.ch1Kierlik E., Rosinberg M.L. // Phys. Rev. A. 1990. V. 42. P. 3382–3387. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.42.3382Lutsko J.F. // J. Chem. Phys. 2008. V. 128. P. 184711. https://doi.org/10.1063/1.2916694Roth R. // J. Chem. Phys.: Condens. Matter. 2010. V. 22. P. 063102. https://doi.org/10.1088/0953-8984/22/6/063102Shchekin A.K., Shabaev I.V., Rusanov A.I. // J. Chem. Phys. 2008. V. 129. P. 214111. https://doi.org/10.1063/1.3021078Rusanov A.I., Shchekin A.K. // Mol. Phys. 2005. V. 103. № 21–23. P. 2911−2922. https://doi.org/10.1080/00268970500151510Weeks J.D., Chandler D., Andersen H.C. // J. Chem. Phys. 1971. V. 54. P. 5237–5247. https://doi.org/10.1063/1.1674820Lutsko J.F. classicalDFT. GitHub repository. Доступно по: https://github.com/jimlutsko/classicalDFT. Ссылка активна на: 18.02.2023.