Исследователи смогли разрушить состояние термодинамического равновесия. Воздействуя на жидкости силой электрического поля, ученые добились возникновения разнообразных форм и узоров, которые невозможны для жидких смесей в обычных условиях. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Когда два вещества соединяются вместе, они переходят в устойчивое состояние, называемое термодинамическим равновесием. Мы можем наблюдать это явление в повседневной жизни – например, когда масло плавает на поверхности воды, или же когда молоко равномерно смешивается с кофе. Исследователи хотели разрушить такое состояние, чтобы посмотреть, что произойдет – и смогут ли они контролировать результат. Ученые использовали комбинации масел с различными диэлектрическими постоянными и проводимостью. Затем они подвергли жидкости воздействию электрического поля.
«Когда мы включаем электрическое поле, заряд накапливается на границе раздела масел. Эта плотность заряда выводит границу раздела из термодинамического равновесия в интересные образования», – объясняет Никос Кирьякопулос из Университета Аалто, один из авторов исследования.
Жидкости не только разрушались электрическим полем, но и были заключены в тонкий лист. Эта комбинация привела к тому, что масла преобразовались в различные неожиданные формы.
Капли в эксперименте можно было превратить в квадраты и шестиугольники с прямыми сторонами, что практически невозможно в природе. Также из двух жидкостей можно было создать взаимосвязанные решетки – узоры сетки, которые регулярно встречаются в твердых материалах, однако для жидких смесей являются нехарактерными. Жидкость могла повторить и форму пончика, которая была бы стабильной и сохраняла свою форму при воздействии электрического поля – в отличие от природы, поскольку жидкости имеют сильную тенденцию к сжатию, чтобы заполнить отверстие в центре. Из жидкостей можно было даже создать нити, которые вращаются вокруг оси.
Одним из главных результатов этой работы является возможность создания временных структур с контролируемым и четко определенным размером, которые можно включать и выключать с помощью напряжения. Исследователи заинтересованы в дальнейшем изучении этой области, поскольку она может помочь в создании управляемых оптических устройств.