КЛАСТЕРИЗАЦИЯ В ЖИДКОСТЯХ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, МОДЕЛИ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Приведены результаты литературно-аналитического обзора работ, связанных с процессом кластеризации в жидкостях (образования устойчивых групп молекул (кластеров) под воздействием межмолекулярных сил). Рассматриваемые жидкости можно назвать наноструктуированными. Кластерная модель играет важную роль в описании физических и микроструктурных свойств жидкостей, в том числе теплоемкости, вязкости и сжимаемости. Кластеры могут значительно влиять на процессы в жидкостях, особенно вблизи критических точек. Рассмотрены теоретические аспекты кластерной модели, методы ее исследования и практическое применение в различных областях науки и техники. Одним из ключевых направлений исследований является изучение влияния внешних факторов (электрические и магнитные поля, температура, давление и другие) на формирование и развитие кластеров в жидкостях. Эти воздействия существенно изменяют их структуру, размеры и временные характеристики. Исследования показали, что переменные электрические поля могут вызывать динамические колебания плотности кластеров, что оказывает влияние на их оптические и диэлектрические свойства. Результаты подобных экспериментов открывают широкие перспективы для создания жидкостей с регулируемыми характеристиками (электропроводящие или магнитные жидкости). Эти материалы находят применение в устройствах новой генерации, например, в умных системах управления или адаптивной оптике.

1. 1. Горлова М.Р. Кластеры в жидкостях. В кн.: Перспективные материалы науки, технологий и производства. Сборник научных статей Международной научно-практической конференции. Курск: изд. ЮЗГУ, 2022:81‒89.

2. Неручев Ю.А., Рышкова О.С., Радченко А.К., Шкурина В.А. Кластерная структура простой жидкости. В кн.: Нанотехнологии: образование, наука, инновации. Cборник статей XI Всероссийской научно-практической конференции. Курск: изд. Курский государственный университет. 2020;11:131‒135.

3. Сабиров Л.М., Исмаилов Ф.Р., Кадиров Ш.А., Каршибаев Ш.Э. Температурные и концентрационные зависимости соотношения Ландау-Плачека в водных растворах γ-пиколина. Журнал технической физики. 2020;128(12):1837‒1841.

4. Герман Е.И. Теплофизические свойства и структурные характеристики аргона в условиях термобарического воздействия по данным компьютерных экспериментов. Автореф. дисс. к-та. техн. наук. Улан-Удэ. 2023:23.

5. Мельников Г.А., Игнатенко Н.М., Сучилкин В.В., Громков А.С. Формирование кластерных систем в хаотичных конденсированных средах. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023;13(2):164‒176.

6. Клумов Б.А. Кластеризация дефектов и кристаллитов в двумерной жидкости Юкавы. Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2024;120(9):675‒680. https://doi.org/10.31857/S0370274X24110049

7. Gao Y., Fang H., Ni K. A hierarchical clustering method of hydrogen bond networks in liquid water undergoing shear flow. Scientific Reports. 2021;11(9542). URL: https://www.nature.com/articles/s41598-021-88810-7 (дата обращения: 01.03.2025).

8. Yu L., Qi X., Liu Y. et al. Transportable, en-durable, and recoverable liquid metal powders with mechanical sintering conductivity for flexible electronics and electromagnetic interference shielding. ACS Applied Materials & Interfaces. 2022;14(42):48150‒48160.

9. Терещенко С.Н., Осипов А.Л., Моисеева Е.Д. Прогнозирование состава широкой фракции легких углеводородов методами машинного обучения при трубопроводной транспортировке. Автометрия. 2022;58(1):104‒110.

10. Павлов А.Н. Исследование реакции кластеров в водной среде на электромагнитное воздействие. Биомедицинская радиоэлектроника. 2020;5:72‒79.

11. Dong J., Peng Y., Nie X. etс. Hierarchically designed super-elastic metafabric for thermal-wet comfortable and antibacterial epidermal electrode. Advanced Functional Materials. 2022;32(48):2209762‒2209774.

12. Vasco M. Worlitzer, Gil Ariel, Avraham Be'er, Holger Stark, Markus Bär and Sebastian Hei-denreich. Turbulence-induced clustering in com-pressible active fluids. Soft Matter. 2021;17(46):10447‒10457.

13. 13. Мельников Г.А., Игнатенко Н.М., Громков А.С., Сучилкин В.В. О структурных пре-вращениях в жидких аренах. В кн: Необратимые процессы в природе и технике: XIII Всероссийская конференция (Москва, 28-30 января 2025 года). Сборник статей. Москва: изд. Московского гос. тех. ун-та имени Н.Э. Баумана, 2025;1:164‒167.

14. Guixuan Lu, Erli Ni, Yanyan Jiang, Weikang Wu, Hui Li Room-Temperature Liquid Metals for Flexible Electronic Devices. Small. 2024;20(9):e2304147.

15. Kim J.H., Park Y.J., Kim S. etс. Effect of surrounding solvents on interfacial behavior of gallium-based liquid metal droplets. Materials. 2022;15(3):706‒715. https://doi.org/10.3390/ma15030706.

16. Мельников Г.А., Игнатенко Н.М., Петрова Л.П., Громков А.С., Манжос О.А. Исследование комбинационного рассеяния света в жидких аренах и их галогенозамещенных в низкочастотной области спектра. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2024;14(1):88‒103. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-1-88-103

17. Zhao J., Li H., Bi X. etc. Rapidly reversible discoloration of liquid metal by contact or separation. Materials Chemistry and Physics. 2022;291:126726. https://doi.org/10.1016/j.matchephys.2022.126726

18. Shu J., Ge D.A., Wang E., Ren H., Cole T., Tang S.Y., Li X., Zhou X., Li R., Jin H., Li W., Dickey M.D., Zhang S. A Liquid Metal Artificial Muscle. Adv Mater. 2021;33(43):e2103062.

19. Tao Y., Han F., Shi C. et al. Liquid Metal-Based Flexible and Wearable Sensor for Functional Human – Machine Interface. Micromachines. 2022;13(9):1429‒1443.

20. Liao J., Majidi C. Muscle‐Inspired Linear Actuators by Electrochemical Oxidation of Liquid Metal Bridges. Advanced Science. 2022;9(26). URL: https://avanced.onlinelbrary.wiley.com/ doi/10.1002/advs.202201963 (дата обращения: 01.03.2025).