當(dāng)兩種物質(zhì)結(jié)合在一起時(shí)，它們最終會(huì)進(jìn)入一種稱為熱力學(xué)平衡的穩(wěn)定狀態(tài);在日常生活中，我們會(huì)看到這樣的例子：油漂浮在水面上，牛奶均勻地混合到咖啡中。芬蘭阿爾托大學(xué)的研究人員想要破壞這種狀態(tài)，看看會(huì)發(fā)生什么——以及他們是否能夠控制結(jié)果。
“處于平衡狀態(tài)的事情往往很無(wú)聊，”Jaakko Timonen 教授說(shuō)，他的研究小組在 9 月 15 日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的新工作中進(jìn)行了研究。'將系統(tǒng)推離平衡狀態(tài)并看看非平衡結(jié)構(gòu)是否可以控制或有用，這很有趣。生物生命本身就是一組脫離熱力學(xué)平衡的分子中真正復(fù)雜行為的一個(gè)很好的例子。
在他們的工作中，該團(tuán)隊(duì)使用了具有不同介電常數(shù)和電導(dǎo)率的油的組合。然后他們將液體置于電場(chǎng)中。
'當(dāng)我們?cè)诨旌衔锷洗蜷_電場(chǎng)時(shí)，電荷會(huì)在油之間的界面處積聚。這種電荷密度將界面從熱力學(xué)平衡中剪切成有趣的結(jié)構(gòu)，”該論文的作者之一 Nikos Kyriakopoulos 博士解釋說(shuō)。除了被電場(chǎng)破壞外，液體還被限制在一個(gè)幾乎二維的薄片中。這種組合導(dǎo)致油重新塑造成各種完全出乎意料的液滴和圖案。
實(shí)驗(yàn)中的液滴可以制成邊長(zhǎng)為直邊的正方形和六邊形，這在自然界中幾乎是不可能的，小氣泡和液滴往往會(huì)形成球體。這兩種液體也可以形成相互連接的晶格：在固體材料中經(jīng)常出現(xiàn)但在液體混合物中聞所未聞的網(wǎng)格圖案。液體甚至可以被誘導(dǎo)形成一個(gè)圓環(huán)，一個(gè)甜甜圈形狀，在施加場(chǎng)時(shí)穩(wěn)定并保持其形狀 - 與自然界不同??，因?yàn)橐后w具有強(qiáng)烈的坍塌和填充中心孔的趨勢(shì)。液體還可以形成圍繞軸滾動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的細(xì)絲。
該論文的第一作者 Geet Raju 說(shuō)：“所有這些奇怪的形狀都是由這樣一個(gè)事實(shí)引起和維持的，因?yàn)樗鼈儽唤缑嫣幏e聚的電荷的運(yùn)動(dòng)阻止了恢復(fù)平衡。”
這項(xiàng)工作令人興奮的結(jié)果之一是能夠創(chuàng)建具有可控且明確定義的尺寸的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以通過(guò)電壓打開和關(guān)閉，研究人員有興趣進(jìn)一步探索創(chuàng)建電壓控制光學(xué)設(shè)備的領(lǐng)域.另一個(gè)潛在的結(jié)果是能夠創(chuàng)造相互作用的滾動(dòng)微絲和微滴群，在某些基本水平上，它們模仿微生物(如細(xì)菌和微藻)的動(dòng)力學(xué)和集體行為，這些微生物使用完全不同的機(jī)制推動(dòng)自己。
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