當兩種物質結合在一起時，它們最終會進入一種稱為熱力學平衡的穩(wěn)定狀態(tài);在日常生活中，我們會看到這樣的例子：油漂浮在水面上，牛奶均勻地混合到咖啡中。芬蘭阿爾托大學的研究人員想要破壞這種狀態(tài)，看看會發(fā)生什么——以及他們是否能夠控制結果。
“處于平衡狀態(tài)的事情往往很無聊，”Jaakko Timonen 教授說，他的研究小組在 9 月 15 日發(fā)表在《科學進展》上的新工作中進行了研究。'將系統(tǒng)推離平衡狀態(tài)并看看非平衡結構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平衡的分子中真正復雜行為的一個很好的例子。
在他們的工作中，該團隊使用了具有不同介電常數(shù)和電導率的油的組合。然后他們將液體置于電場中。
'當我們在混合物上打開電場時，電荷會在油之間的界面處積聚。這種電荷密度將界面從熱力學平衡中剪切成有趣的結構，”該論文的作者之一 Nikos Kyriakopoulos 博士解釋說。除了被電場破壞外，液體還被限制在一個幾乎二維的薄片中。這種組合導致油重新塑造成各種完全出乎意料的液滴和圖案。
實驗中的液滴可以制成邊長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形成一個圓環(huán)，一個甜甜圈形狀，在施加場時穩(wěn)定并保持其形狀 - 與自然界不同??，因為液體具有強烈的坍塌和填充中心孔的趨勢。液體還可以形成圍繞軸滾動和旋轉的細絲。
該論文的第一作者 Geet Raju 說：“所有這些奇怪的形狀都是由這樣一個事實引起和維持的，因為它們被界面處積聚的電荷的運動阻止了恢復平衡。”
這項工作令人興奮的結果之一是能夠創(chuàng)建具有可控且明確定義的尺寸的臨時結構，該結構可以通過電壓打開和關閉，研究人員有興趣進一步探索創(chuàng)建電壓控制光學設備的領域.另一個潛在的結果是能夠創(chuàng)造相互作用的滾動微絲和微滴群，在某些基本水平上，它們模仿微生物(如細菌和微藻)的動力學和集體行為，這些微生物使用完全不同的機制推動自己。
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