物理学家制造方形液滴和液体晶格 _物理学家

当两种物质结合在一起时，它们最终会进入一种称为热力学平衡的稳定状态;例子包括漂浮在水面上的油和均匀混合到咖啡中的牛奶。芬兰阿尔托大学的研究人员想要破坏这种状态，看看会发生什么——以及他们是否能够控制结果。

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“处于平衡状态的事情往往很无聊，”Jaakko Timonen 教授说，他的研究小组在 9 月 15 日发表在《科学进展》上的新工作中进行了研究。“驱使系统脱离平衡状态，看看非平衡结构是否可以控制或有用，这很有趣。生物生命本身就是一个很好的例子，可以说明一堆脱离热力学平衡的分子的真正复杂行为。”
在他们的工作中，该团队使用了具有不同介电常数和电导率的油的组合。然后他们将液体置于电场中。
“当我们在混合物上打开电场时，电荷会在油之间的界面处积聚。这种电荷密度将界面从热力学平衡中剪切出来并形成有趣的地层，”该论文的作者之一 Nikos Kyriakopoulos 博士解释说。纸。除了被电场破坏外，液体还被限制在一个几乎二维的薄片中。这种组合导致油重新塑造成各种完全出乎意料的液滴和图案。
实验中的液滴可以制成边长为直边的正方形和六边形，这在自然界中几乎是不可能的，小气泡和液滴往往会形成球体。这两种液体也可以形成相互连接的晶格：在固体材料中经常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圆环，一个甜甜圈形状，在施加场时稳定并保持其形状 - 与自然界不同??，因为液体具有强烈的坍塌和填充中心孔的趋势。液体还可以形成围绕轴滚动和旋转的细丝。
【物理学家制造方形液滴和液体晶格】该论文的第一作者 Geet Raju 说：“所有这些奇怪的形状都是由这样一个事实引起和维持的，即它们被界面处积聚的电荷的运动阻止了它们重新回到平衡状态。”
这项工作令人兴奋的结果之一是能够创建具有可控且明确定义的尺寸的临时结构，该结构可以通过电压打开和关闭，研究人员有兴趣进一步探索创建电压控制光学设备的领域. 另一个潜在的结果是能够创造相互作用的滚动微丝和微滴群，在某些基本层面上，它们模仿微生物(如细菌和微藻)的动力学和集体行为，这些微生物使用完全不同的机制推动自己。
这项研究是在应用物理系的活性物质研究小组中进行的，由 Timonen 教授领导。论文“非平衡模式的多样性和受限电流体动力驱动液体中活动的出现”已在《科学进展》上公开发表。