研究人员利用电场创建多边形和环形液滴,液体晶格

2021年9月15日 新闻工作人员/来源
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当两种物质结合在一起时,它们最终会进入一种叫做热力学平衡的稳定状态。在一项新的研究中,阿尔托大学的一组物理学家想要扰乱这种状态,看看会发生什么;他们将不同介电常数和电导率的油组合在一个电场中。

一种典型的非平衡状态图像,包括有活性的纤维、随机的纤维网络和有序的二维流体晶格,以及有源和自推进电流体动力学雕刻的液滴和有活性的乳液。图片来源:Raju等人,doi: 10.1126/sciad .abh1642。

一种典型的非平衡状态图像,包括有活性的纤维、随机的纤维网络和有序的二维流体晶格,以及有源和自推进电流体动力学雕刻的液滴和有活性的乳液。图片来源:拉, doi: 10.1126 / sciadv.abh1642。

阿尔托大学应用物理系研究员、资深作者Jaakko Timonen教授说:“当我们在混合物上开启电场时,电荷会在油之间的界面上聚集。”

阿尔托大学应用物理系的博士后研究员Nikos Kyriakopoulos博士补充说:“电荷密度将界面从热力学平衡中剪切出来,形成有趣的结构。”

“除了受到电场干扰外,这些液体还被限制在一个薄薄的、几乎是二维的薄片中。”

“这种结合导致这些油重新塑造成各种完全意想不到的水滴和图案。”

该团队实验中的水滴可以被制成正方形和六边形,而这在自然界中几乎是不可能的,因为小气泡和水滴往往会形成球体。

这两种液体也可以形成相互连接的晶格:在固体材料中有规律地出现的网格模式,但在液体混合物中是闻所未闻的。

液体甚至可以被诱导形成一个环面,一个甜甜圈形状,当磁场作用时,它是稳定的,并保持其形状——不像在自然中,因为液体有强烈的倾向坍塌并填充中心的洞。液体还可以形成绕轴滚动和旋转的细丝。

阿尔托大学应用物理系的研究人员、第一作者吉特·拉朱(Geet Raju)说:“所有这些奇怪的形状都是由这样一个事实造成的,即界面上积聚的电荷的运动阻止了它们坍缩回到平衡状态。”

“我们工作的一个令人兴奋的结果是,能够创建具有可控和明确尺寸的临时结构,可以随电压开关,这是我们感兴趣的领域,以进一步探索创建电压控制光学器件。”

“另一个潜在的结果是,有能力创造滚动微丝和微滴的相互作用种群,在某种基本水平上,模仿细菌和微藻等微生物的动态和集体行为,使用完全不同的机制推动自己。”

结果出现在今天的杂志上科学的进步

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这些年拉.受限电液动力驱动液体中非平衡模式的多样性和活动性的出现。科学的进步, 2021年9月15日在线发布;doi: 10.1126 / sciadv.abh1642

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