Когда два вещества соединяются вместе, они в конечном итоге переходят в устойчивое состояние, называемое термодинамическим равновесием. В повседневной жизни мы видим примеры этого, когда масло плавает на поверхности воды и когда молоко равномерно смешивается с кофе. Исследователи из Университета Аалто в Финляндии хотели разрушить такое состояние, чтобы посмотреть, что произойдет, и смогут ли они контролировать результат.

Как говорят сами авторы исследования: "Вещи в равновесии, как правило, довольно скучны." Им показалось куда интереснее выводить системы из состояния равновесия и смотреть, можно ли управлять неравновесными структурами, или они могут быть полезными. Сама биологическая жизнь является хорошим примером действительно сложного поведения группы молекул, находящихся вне термодинамического равновесия.

В своей работе команда использовала комбинации масел с разной диэлектрической проницаемостью и проводимостью. Затем они подвергли жидкости электрическому полю. Когда включалось электрическое поле, заряд накапливался на границе между маслами. Эта плотность заряда выводит границу из термодинамического равновесия и подталкивает ее к интересным образованиям. Жидкости не только разрушались электрическим полем, но и были заключены в тонкий, почти двумерный слой. Эта комбинация привела к трансформации масел в различные совершенно неожиданные капли и узоры.

Источник: Aalto University.
Пример полученных в ходе экспериментов необчных структур.

В эксперименте капли можно было сделать квадратами и шестиугольниками с прямыми сторонами, что практически невозможно в природе, где маленькие пузырьки и капли имеют тенденцию образовывать сферы. Две жидкости также можно было бы заставить образовывать взаимосвязанные решетки: сеточные узоры, которые регулярно встречаются в твердых материалах, но не встречаются в жидких смесях. Жидкости можно даже уговорить сформировать тор, форму пончика, который был стабильным и сохранял свою форму во время приложения поля — в отличие от природы, поскольку жидкости имеют сильную тенденцию схлопываться и заполнять отверстие в центре. Жидкости также могут образовывать нити, которые катятся и вращаются вокруг оси.

Одним из захватывающих результатов этой работы является возможность создавать временные структуры с контролируемым и четко определенным размером, которые можно включать и выключать с помощью напряжения. Этот эффект, в дальнейшем, будет изучаться для создания оптических устройств, управляемых напряжением.

Другой потенциальный результат — это способность создавать взаимодействующие популяции катящихся микрофиламентов и микрокапель, которые на некотором элементарном уровне имитируют динамику и коллективное поведение микроорганизмов, таких как бактерии и микроводоросли, которые передвигаются, используя совершенно разные механизмы.

 ← Читайте нас в Facebook