Новые возможности практического применения молекулярного переноса микро- и наномасштаба
Научные сотрудники отдела теплофизики и поверхностных явлений УрФУ выполняют проект по исследованию газовой динамики микро- и нанофлюидных систем
Проект действительно важен для практического применения, к ожидаемым результатам уже выразили заинтересованность ряд предприятий как государственного (в частности, оборонного) так и напрямую коммерческого направления. Дело в том, что размеры микро и нанофлуидных устройств являются причиной того, что эти устройства работают в режимах, которые существенно отличаются от режимов работы соответствующих макроскопических аналогов. С точки зрения физических процессов препятствий для миниатюризации нет - законы термодинамики инвариантны относительно размеров. Однако в настоящее время интерес представляют не возможности дальнейшей миниатюризации с помощью нанотехнологий, а новые свойства и эффекты, которые нанотехнологии могут внести в конструкции устройств с микро- и наноразмерными элементами. Таким образом, основная цель дальнейшего процесса миниатюризации заключается не в самом уменьшении геометрических размеров, а в повышении качественных характеристик на основе новых эффектов, обусловленных малыми размерами устройств.
План проекта предполагает некоторое количество публикаций, и авторы проекта заявили эти публикации в самых высоко рейтинговых журналах. Проект ещё даже не подошёл к экватору, но уже некоторые особенности и результаты проекта опубликованы в журнале «Fluids».
На меня давно «давил» управляющий редактор, что я как член консультативного совета журнала просто обязан иметь публикацию в «Fluids», хоть какую, пусть даже не исследовательского характера, сойдёт даже короткая заметка. Я всячески отказывал ему в этой просьбе и всегда находил всякие веские причины, мол, напишу, но не в этот раз. Действительно, журнал «Fluids» хоть и индексируется и в Web of Science и Scopus, но в настоящее время (журнал ещё достаточно молод) не является, как например «Physics of Fluids» или «International Journal of Heat and Mass Transfer», самым престижным в своей области. Но когда мы с сыном, студентом УрФУ, получили грант Российского Научного Фонда (РНФ), в котором Артём является ключевым исполнителем, мне ничего не оставалось более, как написать небольшой обзор с одноименным названием как наш проект РНФ. Этим я одновременно откликнулся и на просьбу редактора, и мы заработали один из индикаторов для отчёта по гранту № 22-21-20121, - говорит заведующий отделом теплофизики и поверхностных явлений Олег Сажин.
Глубокое понимание газодинамических процессов, протекающих в микро и нанофлуидных системах, открывает новые возможности практического применения молекулярного переноса микро- и наномасштаба. В частности, микро- и наномасштаб устройств позволяет добиться невозможной для "макротехнологий" удельной мощности, например как для микротурбины и микронасоса; с использованием микро- и наносепараторов повысить эффективность разделения газовых смесей, что очень важно для ядерной энергетики; создать компактные и высокоточные микросистемы общего анализа (лаборатории на чипе); существенно улучшить эксплуатационные характеристики микрогироскопов, микросенсоров, микронных тепловых труб и др.
Новые задачи в проектировании и конструировании подобного рода устройств связаны с необходимостью расчета и моделирования не только задач схемотехники и логики, но и совокупности проблем инженерной механики, процессов тепло- и массопереноса, газо- и гидродинамики и др. - порознь или одновременно появляющихся в изделии. С другой стороны, проведение исчерпывающих натурных экспериментов на этапе проектирования и конструировании устройств с микро- и наноразмерными элементами крайне затруднено и экономически невыгодно. Фактически необходимо создавать не менее сложную, нежели само устройство, контрольно-измерительную аппаратуру, например для контроля за потоками внутри микро- и нанофлуидных устройств, поэтому зачастую процесс проектирования подобных систем является в большей степени эмпирическим. В связи с этим возникает необходимость в развитии, апробации и применении методов моделирования газодинамических процессов в подобных системах, - поясняет лаборант-исследователь отдела теплофизики и поверхностных явлений Артём Сажин.
Исследователи уверены, что результаты проекта найдут своё применение при разработке и оптимизации микро и нанофлуидных устройств в различных отраслях промышленности, в том числе для производства микроэлектроники, аэрокосмических приложений, вакуумной техники, индустрии наноматериалов и др.