研究人员利用电场来制造多边形和环形液滴,即液体晶格

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。

典型非平衡状态的图像,包括活性细丝、随机细丝网络和有序2D流体晶格,以及活性和自推进电液动力学雕刻液滴和活性乳液。图片来源:拉朱等., doi: 10.1126/sciadv.abh1642.

典型非平衡状态的图像,包括活性细丝、随机细丝网络和有序2D流体晶格,以及活性和自推进电液动力学雕刻液滴和活性乳液。图片来源:拉朱, 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:在固体材料中规则出现但在液体混合物中闻所未闻的网格图案。

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。

第一作者、阿尔托大学应用物理系研究员吉特·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和维持的,即它们不会因为界面上积聚的电荷的运动而坍塌回到平衡状态。”。

“我们工作的一个令人兴奋的结果是能够创建具有受控和明确尺寸的临时结构,该结构可以随电压打开和关闭,我们有兴趣进一步探索这一领域,以创建电压控制光学设备。”

“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。”

后果出现在今天的杂志上科学的进步

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吉特·拉朱.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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