Коллоидный журнал
Публикуются оригинальные экспериментальные и теоретические работы и обзорные статьи в области науки о коллоидах и поверхностных явлениях.
Свидетельство о регистрации СМИ: № 0110217 от 08.02.1993
Учредители
- Российская Академия наук
- Институт физической химии РАН
Главный редактор
- Бойнович Людмила Борисовна, академик РАН, доктор физико--математических наук
Периодичность / доступ
6 выпусков в год / подписка
Входит в
Белый список (2 уровень), перечень ВАК, РИНЦ
Журнал является рецензируемым, входит в Перечень ВАК для опубликования работ соискателей ученых степеней, включен в крупнейшие международные базы данных Web of Science и Scopus, а также в систему РИНЦ.
Журнал основан в 1935 году.
Текущий выпуск
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Том 87, № 4 (2025)
- Год: 2025
- Выпуск опубликован: 15.08.2025
- Статей: 15
- URL: https://journal-vniispk.ru/0023-2912/issue/view/21422
Статьи
Теоретические и численные методы исследования поверхностных явлений и поверхностных сил
Коллоидный журнал. 2025;87(4):277-280
277-280
Моделирование влияния конвективных течений через ионоселективную область на токовые режимы в бинарных растворах электролитов
Аннотация
В работе представлены результаты численного моделирования ячейки с ионоселективной областью в одномерной постановке. Математическая модель учитывает неидеальную селективность ионообменной области и наличие конвективного течения раствора электролита через нее. Было обнаружено, что течение может влиять на степень селективности ионообменной области, причем электрический ток через систему может как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от того, какой токовый режим реализуется: допредельный или предельный. Понимание обнаруженного эффекта будет полезно в практических приложениях, таких как системы предварительного концентрирования аналита в микролабораториях для химического анализа биологических жидкостей или электробаромембранные системы разделения.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):281-288
281-288
Исследование электроконвекции при однородном течении раствора электролита через ионоселективную область
Аннотация
В работе представлены результаты теоретического исследования возникновения и развития электроконвекции около ионоселективной области при наличии однородного течения раствора электролита через эту область. Анализ линейной устойчивости стационарного решения позволил оценить зависимость критической разности электрических потенциалов, при которой возникает электрокинетическая неустойчивость, от интенсивности внешнего течения. Двумерное численное моделирование показало специфику нелинейных режимов электроконвекции. Исследование продемонстрировало, что наличие внешнего потока стабилизирует систему: электроконвекция начинается при больших значениях разности потенциалов, а ее режимы при увеличении разности потенциалов сменяются быстрее. Понимание обнаруженных эффектов полезно в практических приложениях, таких как разработка систем предварительного концентрирования аналита в микролабораториях для химического анализа биологических жидкостей.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):289-298
289-298
Релаксационные явления и электромагнитное излучение осциллирующих облачных капель
Аннотация
Проведено теоретическое исследование влияния релаксационных процессов в воде на интенсивность электромагнитного излучения осциллирующей заряженной капли воды, которая принимается вязкой и несжимаемой. Выведено теоретическое аналитическое выражение дисперсионного уравнения осциллирующей и излучающей капли, имеющей вид комплексного алгебраического выражения пятой степени. Показано следующее: эффект релаксации заряда в осциллирующей заряженной капле воды оказывает влияние на интенсивность электромагнитного излучения ею через посредство электропроводности воды. Наибольшая интенсивность электромагнитного излучения характерна для капли идеально проводящей жидкости, она на порядок величины выше интенсивности излучения капли жидкости с конечной проводимостью; наименьшая интенсивность излучения будет у капли диэлектрической жидкости с вмороженным зарядом. Эффект релаксации поверхностного натяжения влияет на электромагнитное излучение заряженной осциллирующей капли через посредство нарушения упорядоченности поверхностных молекул воды и изменения величины коэффициента поверхностного натяжения. Эффект релаксации вязкости воды не оказывает заметного влияния на затухающие капиллярные осцилляции и электромагнитное излучение облачных капель.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):299-319
299-319
Переохлаждение испаряющихся капель воды на супергидрофобных поверхностях при низких температурах
Аннотация
Выполнен теоретический анализ изменения температуры испаряющейся капли на супергидрофобной поверхности с учетом тепловых потоков различных типов. Полученные результаты показывают, что дополнительный охлаждающий эффект испарения может привести к существенному охлаждению и даже кристаллизации сидящих капель при положительных температурах. Однако с понижением температуры окружающей среды эффективность этого дополнительного охлаждения уменьшается. Предложен метод непрерывного контроля температуры испаряющейся капли на основе измеренных термодинамических параметров сидящих капель. Экспериментальные исследования, проведенные при температурах чуть выше и ниже нуля градусов Цельсия, продемонстрировали удовлетворительную корреляцию между результатами теоретического анализа и экспериментально измеренным переохлаждением капель воды. Обсуждается, что одной из ключевых причин отклонения расчетных и экспериментальных значений переохлаждения является отклонение формы капли от сферической.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):320-331
320-331
Распространение модели обратных «сухих» мицелл на агрегаты дисковой формы
Аннотация
Рассмотрена молекулярно-термодинамическая модель образования и роста неионных агрегатов из молекул ПАВ в неполярном растворителе при отсутствии воды, допускающая флуктуационное сосуществование мицелл различной формы без активационных барьеров между ними. Работа агрегации мицелл выводится для раствора в гептане с использованием данных молекулярной динамики. В рассматриваемой модели для любых чисел агрегации минимальная работа агрегации зависит не только от чисел агрегации и концентрации мономеров ПАВ, но и от двух независимых параметров формы, характеризующих отклонение от сферической формы агрегата. Такой подход обеспечивает единообразное описание как дисковых, так и цилиндрических мицелл.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):332-345
332-345
Конвекция в малой полусферической капле бинарного растворителя: аналитическое решение и приложения
Аннотация
Предложено новое аналитическое решение линеаризованных уравнений Навье–Стокса и уравнения диффузии, которое позволяет связать интенсивность потока Марангони с градиентом поверхностного натяжения в капле бинарного растворителя и исследовать связанный с этим массоперенос и самоорганизацию сольватов (наночастиц, молекул). При выводе уравнений предполагалась малость числа Рейнольдса, что отвечает малости размера капли и скорости течения жидкости. Испарение предполагалось достаточно медленным, чтобы было справедливым квазистационарное приближение. Также была принята малость числа Пекле, что отвечает относительно небольшим скоростям конвективных потоков по отношению к скорости диффузионного переноса примеси. При этом число Марангони может иметь величину от единицы до значения порядка нескольких десятков. Модель апробирована на системах вода–этанол и октанол–пероксид водорода. Построены линии тока конвективных течений, проанализированы условия их возникновения.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):346-360
346-360
Роль гидратного слоя в обеспечении стабильности нанопузыря
Аннотация
Рассмотрены факторы, определяющие стабильность нанопузыря с гидратным -слоем толщиной 1 нм и диэлектрической проницаемостью порядка 3. Сравниваются две гипотезы стабильности – электростатическая и механическая (лед-эффект, или «electrofreezing»). В первом случае давление Лапласа компенсируется за счет электростатического давления на границе ОНП, а во втором – за счет эффекта электрозамерзания его -слоя в высоком электрическом поле. Показано, что в воде без солей при формировании ледяной оболочки требуется меньший заряд нанопузыря, чем при кулоновском механизме стабилизации. В морской воде напротив – большую эффективность проявляет кулоновский механизм, поскольку обледенению противодействуют ионы растворенной соли. Определены размеры и заряд нанопузыря при двух механизмах стабильности.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):361-368
361-368
Микроскопическое моделирование магнитореологических свойств магнитных эластомеров
Аннотация
В статье предложена теоретическая модель магнитореологических свойств магнитных эластомеров, состоящих из намагничивающихся, без собственного магнитного момента, микронных частиц в мягкой полимерной среде. Рассмотрены два типа композитов: изначально изотропные (синтезированные в отсутствии магнитного поля) и анизотропные (полимеризованные в магнитном поле, провоцирующем объединение частиц в анизотропные структуры). Результаты показывают, что образование на стадии синтеза анизотропных структур приводит к значительному увеличению макроскопической сдвиговой жесткости композита. Теоретические результаты количественно соответствуют результатам экспериментов.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):369-386
369-386
Численное моделирование стационарной нуклеации с учетом тепловых эффектов в широком диапазоне пересыщений
Аннотация
Методом молекулярной динамики решается задача о стационарной нуклеации пар–жидкость при постоянном числе частиц, взаимодействующих посредством потенциала Леннарда-Джонса, для случаев изотермической и неизотермической нуклеации в широком диапазоне пересыщений пара с применением специального метода моделирования стационарной нуклеации, при котором кластеры, достигшие определенного размера, удаляются из системы, а составляющие их частицы возвращаются в виде мономеров. Определено распределение температуры по размерам кластеров. Установлено, что температура, начиная с ее значения для мономеров, несколько снижается, но при приближении размера кластера к критическому вновь достигает этого значения, после чего быстро возрастает. Распределение температуры по размерам кластеров определяет распределение их числовых плотностей и контролирует неидеальность пара, что существенно влияет на скорость нуклеации. Продемонстрирована критическая важность знания температуры кластеров для аналитических моделей, позволяющая точно определять пересыщение пара и фактическую неизотермическую скорость нуклеации. Определенные скорости нуклеации и критические размеры кластеров для изотермического и неизотермического случаев показали удовлетворительное согласие с теоретической моделью, предсказывающей снижение скорости нуклеации в неизотермическом случае.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):387-397
387-397
О взаимосвязи между спонтанной сегрегацией компонентов в тернарных наночастицах Pt–Pd–Ni и стабильностью наноструктур ядро–оболочка: молекулярно-динамическое исследование
Аннотация
С использованием изотермической молекулярной динамики и программы LAMMPS проведено сравнительное исследование стабильности наноструктур ядро–оболочка Pd5000Ni5000@Pt5000, Pt5000Ni5000@Pd5000 и Pt5000Pd5000@Ni5000 в процессе плавного повышения температуры от 300 до 2200 К. Установлено, что все три гомотопа сохраняют морфологию ядро–оболочка вплоть до начала их плавления. Однако более стабильными являются тернарные наночастицы Pt5000Ni5000@Pd5000, плавление которых начинается при более высокой температуре и которые отчасти наследуют морфологию ядро–оболочка даже после завершения плавления. Сделан вывод о взаимосвязи между более высокой стабильностью наноструктур PtNi@Pd и эффектом поверхностной сегрегации Pd в тернарных наночастицах Pt–Pd–Ni. В свою очередь, выраженная поверхностная сегрегация Pd объяснена тем, что именно этот компонент характеризуется наименьшим значением удельной поверхностной энергии.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):398-413
398-413
Атомистическое моделирование термоиндуцированных структурных превращений в четырехкомпонентных наносплавах Cu–Au–Pt–Pd с различной морфологией
Аннотация
Представлены результаты молекулярно-динамического моделирования термоиндуцированных структурных превращений в четырехкомпонентных наносплавах Cu–Au–Pt–Pd с использованием потенциала сильной связи. В качестве начальных конфигураций были выбраны: система ядро– оболочка, в которой ядро представляет собой многокомпонентный сплав с однородным распределением компонентов (Cu200–Au600–Pt800)@Pd2400, луковичная структура Cu200@Au600@Pt800@Pd2400, сплав с равномерным распределением компонентов Cu200–Au600–Pt800–Pd2400, Янус-структуры с ассиметричным Cu200/Au600/Pt800/Pd2400 и симметричным распределениями компонентов (Cu100/Au300/Pt400/Pd2400/Pt400/Au300/Cu100 и Pd1200/Pt400/Au300/Cu200/Au300/Pt400/Pd1200). На основе анализа температурных зависимостей потенциальной части внутренней энергии найдены температуры, отвечающие началу фазового перехода плавления-кристаллизации, а также оценена величина температурного гистерезиса. Установлены закономерности изменения данных величин в зависимости от скорости термического воздействия. Проанализированы закономерности структурообразования, установлена доминирующая роль ГЦК локального окружения, выявлены случаи возникновения других кристаллических структур (ГПУ и ОЦК). Описаны закономерности химической сегрегации, подтверждающие возможность существования различных сценариев сегрегационного поведения компонентов. На основе оригинальной методики проведены оценки удельной поверхностной энергии для многокомпонентных металлических наночастиц (конечных конфигураций после цикла термического воздействия, включающего фазовый переход плавления-кристаллизации). Величина удельной поверхностной энергии коррелирует со стабильностью конечных конфигураций, соответствующих различным начальным конфигурациям.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):414-427
414-427
Капиллярные силы между шероховатыми поверхностями, полученными методами микро/нанотехнологии
Аннотация
Капиллярные силы являются одним из основных источников адгезии между элементами микросистем. Адгезия может проявляться при изготовлении или эксплуатации устройства и играть негативную или позитивную роль. В работе описан метод оценки капиллярной силы между гидрофильными шероховатыми поверхностями как функции относительной влажности и номинальной площади контакта. Метод основан на подсчете числа пиков шероховатости, между которыми спонтанно образуются капиллярные мостики. Для реализации метода требуется детальная информация о шероховатости контактирующих поверхностей, которая может быть получена с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ). Идея метода иллюстрируется на примере термически напыленных пленок золота разной толщины, контактирующих с гладкой поверхностью кремния. Используются АСМ сканы поверхности площадью мкм2 и разрешением 4096 пикселей на линию. Развитая теория воспроизводит основные закономерности, наблюдаемые экспериментально. В частности, показано, что относительная роль капиллярных сил снижается с увеличением номинальной площади контакта, и основную роль в адгезии начинают играть дисперсионные силы. Результаты работы важны для проектирования микросистем и экспериментов по измерению дисперсионных сил.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):428-442
428-442
Влияние проницаемой мембраны на кристаллизацию простой жидкости
Аннотация
В статье рассматривается осаждение газа на кристаллическую подложку при условии наличия между подложкой и газом проницаемой мембраны. Мембрана отталкивает частицы газа, однако потенциал отталкивания имеет конечную максимальную силу, что позволяет частицам газа проникать через эту мембрану, если их скорость превышает некоторое значение. Показывается, что в зависимости от максимальной силы отталкивания мембраны (интенсивности отталкивания) система приходит к совершенно разным конечным состояниям: монокристаллу, поликристаллу с различной степенью пористости или же в системе не происходит кристаллизации вообще.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):443-452
443-452
Электрофорез проводящей и непроводящей микрочастицы в полярном электролите в сильном электрическом поле
Аннотация
Работа посвящена исследованию электрофореза проводящей и непроводящей частиц в растворе полярного электролита под действием сильного электрического поля. Представлены результаты численного моделирования для обоих видов частиц: распределение концентраций катионов и анионов, плотности заряда, суммарной концентрации и потоков ионов около поверхности частицы. Показано, что около диэлектрической поверхности при достаточно большом поверхностном заряде формируется область расширенного пространственного заряда. Возникновение этой области обусловлено высокой поверхностной проводимостью в двойном электрическом слое и интенсивными касательными потоками ионов. Обнаружены качественные различия в механизме формирования области расширенного пространственного заряда для ионоселективной и диэлектрической частицы. Полученные результаты способствуют пониманию нелинейных электрокинетических процессов и могут быть полезны при проектировании микрофлюидных систем и коллоидных технологий.
Коллоидный журнал. 2025;87(4):453-466
453-466