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Water thermophoresis in carbon nanotubes: the interplay between thermophoretic and friction forces†
Physical Chemistry Chemical Physics ( IF 2.9 ) Pub Date : 2018-01-02 00:00:00 , DOI: 10.1039/c7cp05749k Elton Oyarzua 1, 2, 3, 4 , Jens H. Walther 5, 6, 7, 8, 9 , Harvey A. Zambrano 1, 2, 3, 4
Physical Chemistry Chemical Physics ( IF 2.9 ) Pub Date : 2018-01-02 00:00:00 , DOI: 10.1039/c7cp05749k Elton Oyarzua 1, 2, 3, 4 , Jens H. Walther 5, 6, 7, 8, 9 , Harvey A. Zambrano 1, 2, 3, 4
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Thermophoresis is the phenomenon wherein particles experience a net drift induced by a thermal gradient. In this work, molecular dynamics simulations are conducted to study with atomistic detail the thermophoresis of water nanodroplets inside carbon nanotubes (CNTs) and its interplay with the retarding liquid–solid friction. Different applied temperatures, thermal gradients, and droplet sizes are used to reveal the dynamics of the two kinetic regimes of the thermophoretic motion in CNTs. The results indicate that during the droplet motion, the thermophoretic force is independent of the velocity of the droplet, whereas the magnitude of the retarding friction force exhibits a linear dependence. In fact, in the initial regime the magnitude of the friction force increases linearly with the droplet velocity, until the thermophoretic force is balanced by the friction force as the droplet reaches its terminal velocity in the final regime. In addition, an increase in the magnitude of the thermophoretic force is found for longer water droplets. These findings provide a deeper understanding of liquid transport driven by temperature gradients in nanoconfined geometries where liquid–solid interfaces govern fluidics.
中文翻译：
碳纳米管中的水热泳：热泳和摩擦力之间的相互作用†
热泳是颗粒经历由热梯度引起的净漂移的现象。在这项工作中，进行了分子动力学模拟，详细研究了碳纳米管（CNT）内部水纳米滴的热泳及其与阻滞液固摩擦的相互作用。使用不同的施加温度，热梯度和液滴大小来揭示CNT中热泳运动的两个动力学机制的动力学。结果表明，在液滴运动过程中，热泳力与液滴的速度无关，而阻滞摩擦力的大小则呈线性关系。实际上，在初始状态下，摩擦力的大小随液滴速度线性增加，直到液滴在最终状态下达到其最终速度时，热泳力被摩擦力所平衡。另外，对于更长的水滴，发现热泳力的大小增加。这些发现提供了对由纳米约束几何形状中温度梯度驱动的液体传输的更深入的理解，其中液固界面控制着流体。
更新日期：2018-01-02
中文翻译：
碳纳米管中的水热泳：热泳和摩擦力之间的相互作用†
热泳是颗粒经历由热梯度引起的净漂移的现象。在这项工作中，进行了分子动力学模拟，详细研究了碳纳米管（CNT）内部水纳米滴的热泳及其与阻滞液固摩擦的相互作用。使用不同的施加温度，热梯度和液滴大小来揭示CNT中热泳运动的两个动力学机制的动力学。结果表明，在液滴运动过程中，热泳力与液滴的速度无关，而阻滞摩擦力的大小则呈线性关系。实际上，在初始状态下，摩擦力的大小随液滴速度线性增加，直到液滴在最终状态下达到其最终速度时，热泳力被摩擦力所平衡。另外，对于更长的水滴，发现热泳力的大小增加。这些发现提供了对由纳米约束几何形状中温度梯度驱动的液体传输的更深入的理解，其中液固界面控制着流体。
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