Физики создают квадратные капли и жидкие решетки. Фотография: Исследовательская группа Active Matter под руководством профессора Тимонена, Университет Аалто. Фото: IMage: via Aalto University | Epoch Times Россия
Физики создают квадратные капли и жидкие решетки. Фотография: Исследовательская группа Active Matter под руководством профессора Тимонена, Университет Аалто. Фото: IMage: via Aalto University

Квадратные капли и жидкие решётки

Вызванные электричеством структурные деформации в жидкостные системах можно использовать в оптике и для визуализации работы внутриклеточных элементов
Автор: 15.02.2022 Обновлено: 15.02.2022 09:59
Когда два вещества соединяются вместе, они, в конечном итоге, переходят в устойчивое состояние, известное как термодинамическое равновесие. В повседневной жизни мы можем видеть такие примеры, когда масло плавает поверх воды, а молоко равномерно смешивается с кофе. Когда такое термодинамическое равновесие нарушается, учёные могут создавать квадратные капли и жидкие решётки.

Исследователи кафедры прикладной физики из Университета Аалто в Финляндии решили нарушить подобное состояние вещества, чтобы посмотреть, что произойдет, и можно ли контролировать полученную форму вещества.

Профессор Яакко Тимонен, под руководством которого группа ученых провела эту работу, и результаты которой были опубликованы в журнале «Научные достижения», сказал:

«Вещи, находящиеся в равновесии, обычно довольно скучны. Увлекательно выводить эти системы из равновесия и смотреть, можно ли управлять неравновесными структурами и извлекать из этого пользу. Сама биологическая жизнь является хорошим примером действительно сложного
поведения группы молекул, находящихся вне термодинамического равновесия».

Нарушение термодинамического равновесия

В своей работе команда ученых использовала комбинации масел с различными диэлектрическими константами и проводимостью. Затем они подвергали эти жидкости воздействию электрического поля. Доктор Никос Кириакопулос, один из авторов работы, пояснил:

«Когда мы включаем электрическое поле над смесью, на границе раздела между маслами накапливается электрический заряд. Плотность заряда выводит границу раздела из термодинамического равновесия и приводит к интересным структурным изменениям».

Жидкостную систему поместили между двумя несмачивающимися поверхностями воздействовали на нее электрическим полем. После этого масла стали превращаться в различные совершенно неожиданные узоры.

Капли и маленькие пузырьки в эксперименте из сферических, превращались в квадратные и шестиугольные формы, с прямыми сторонами, что практически невозможно в природе.

Управление структурой жидкости

Обе жидкости можно также заставить сформировать взаимосвязанные решётки: решётчатые
узоры, которые регулярно встречаются в твердых материалах, но не встречаются в жидких смесях.

Их можно даже заставить сформировать стабильную форму палочки или баранки, которая сохраняется до тех пор, пока воздействует поле — в отличие от естественного состояния в природе, когда жидкости имеют сильную тенденцию сжиматься к центру, заполняя образовавшееся отверстие.

Жидкости также могут образовывать нити, которые сворачиваются и вращаются вокруг оси. Гит Раджу, один из авторов статьи, сказал:

«Все эти странные формы возникают и поддерживаются благодаря движению электрических зарядов, накапливающихся на границе раздела фаз жидкостей».

Область применения открытия

Одним из интересных результатов этой работы является возможность создания временных
структур с контролируемым и чётко определённым размером, которые можно включать и
выключать с помощью напряжения — эта та область, в изучении которой исследователи заинтересованы в дальнейшем, для создания оптических устройств, управляемых напряжением.

Другим потенциальным результатом является возможность создания взаимодействующих популяций, двигающихся микрофиламентов (элементов ядерных клеток) и микрокапель, которые на каком-то элементарном уровне имитируют динамику и коллективное поведение микроорганизмов, таких как бактерии и микроводоросли, которые двигаются сами по себе, используя иные механизмы.

Информация предоставлена Университетом Аалто https://www.aalto.fi/en/news/physicists-make-square-droplets-and-liquid-lattices.

Владимир Васильев обозреватель и журналист The Epoch Times, специализирующийся на новостном и аналитическом освещении событий в мире науки и технологий. 

Комментарии
Дорогие читатели,

мы приветствуем любые комментарии, кроме нецензурных.
Раздел модерируется вручную, неподобающие сообщения не будут опубликованы.

С наилучшими пожеланиями, редакция The Epoch Times

Упражения Фалунь Дафа
ВЫБОР РЕДАКТОРА