ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Fizičari pretvorili tekuće stanje u kruto koristeći električno polje

Elektrokristalizacijom provedenom na Georgia Tech-u fizičari su uspjeli pretvoriti kapljicu tekućine u krutu tvar. Elektrokristalizacija je transformacija stanja uzrokovana električnim poljem. Ona pretpostavlja da će se pod utjecajem dovoljno visokog električnog polja kapi tekućine određenih tvari skrutiti.  

Fizičari su predvidjeli da će pod utjecajem dovoljno visokih električnih polja, kapljice određenih tekućih materijala proći kroz proces skrućivanja, pri čemu će se stvoriti kristaliti pri temperaturama i tlakom koji odgovaraju kapljicama u uvjetima bez prisutnosti polja. Istraživanje koje su proveli znanstvenici na Institutu za tehnologiju Georgia, objavljeno je kao online naslovni članak 42. broja 115. izdanja časopisa Journal of Physical Chemistry C.

„Dokazali smo da pomoću jakog električnog polja možemo izazvati promjenu stanja bez mijenjanja termodinamičkih parametara,“ rekao je Uzi Landman, Regents profesor i pročelnik na Školi za fiziku, te predsjednik F. E. Callaway-a i direktor Centra za računalne materijalne znanosti (Center for Computational Materials Science – CCMS) na Georgia Tech-u.

U ovim simulacijama Landman i stariji znanstveni istraživači David Luedtke i Jianping Gao sa CCMS-a istraživali su fenomen koji je prvi opisao Sir Geoffrey Ingram Taylor 1964. godine tijekom svog istraživanja o utjecajima munja na kapi kiše, koje su prolaskom kroz električno polje mijenjale svoj oblik. Dok su kapi u uvjetima u kojima nije bilo polja bile kuglastog oblika, svoj oblik su mijenjale zbog primjene električnog polja te su se pretvarale u tekuće kapi oblika igle. Umjesto kapljica vode koje su se koristile u skoro 50 godina starim laboratorijskim eksperimentima Taylora, istraživači sa Georgia Tech-a u svojem istraživanju fokusirali su se na kapljicu formamida promjera 10 nanometara (nm). Formamid je materijal sastavljen od malih polarnih molekula koje karakterizira dipolni moment koji je dva puta veći od onoga koji se nalazi u molekulama vode.

Pomoću simulacija molekularne dinamike koje su razvijene na CCMS-u i koje omogućuju znanstvenicima praćenje razvoja materijala u vremenu i prostoru, fizičari su istražili kako nanokapljica formamida reagira kada se izloži električnom polju promjenjive jačine. Ako je izložena polju ne većem od 0,5V/nm, kuglasta kapljica se neznatno izdužila. Međutim, kada snaga polja naraste na kritičnu jačinu do 0,5V/nm, dolazi do promjene oblika kapljice te ona postaje više nalik igli sa dugačkom osi koja ide u smjeru električnog polja te je 12 puta veća nego njena okomita mala os. Vrijednost kritičnog polja koje je otkriveno prilikom istraživanja savršeno odgovara predviđanjima koje je prije skoro jednog stoljeća postavio Taylor na temelju općih  promatranja.

Nakon promjene oblika, daljnje povećavanje električnog polja dovelo je do sporog, postepenog povećanja omjera širine i visine dugačke i kratke osi iglaste kapljice, dok su molekule formamida pokazivale tekuće difuzijsko kretanje.

12
Podijeli.