Впервые феномен изменения формы
капель под воздействием электрического поля описал физик Джеффри Ингрэм
Тейлор (Geoffrey Ingram Taylor) в 1964 году. Он изучал влияние молнии
на дождевые капли и установил, что в отсутствие поля капли имеют
сферическую форму, а под его воздействием превращаются в подобие игл
(фото с сайта lms.ac.uk).
Физики из США провели фазовое превращение материала, воздействуя на
него лишь электрическим полем, – в ходе необычного процесса жидкий
материал сформировал кристаллиты.
Учёные из технологического института Джорджии создали компьютерные
модели и показали, что нанокапли некоторых материалов могут стать
твёрдыми, хотя окружающие условия (температура и давление) останутся
теми же, то есть изменение агрегатного состояния произойдёт без
изменения термодинамических параметров. Переход повлечёт воздействие
очень сильного электрического поля.
Затем физики провели эксперимент с каплями амида муравьиной кислоты,
молекулы которого полярны (дипольный момент почти в два раза больше,
чем у воды). Выяснилось, что при напряжённости электрического поля
меньше 0,5 В/нм капли вытянулись в направлении линий поля лишь слегка.
По мере приближения к критическому значению 0,5 В/нм капли приобрели
форму игл (длинная ось стала примерно в 12 раз больше короткой).
Дальнейшее повышение привёло к небольшому вытягиванию игл.
Когда же учёные повысили напряжённость до 1,5 В/нм, иглы стали
твёрдыми – сначала прекратилось диффузионное движение, а затем
сформировались отдельные кристаллы формамида. (Подробности в статье,
вышедшей в Journal of Physical Chemistry C.)
Американцы изучили полученные структуры и пришли к выводу, что
полярные молекулы выстраиваются в решётке таким образом, чтобы
минимизировать свободную энергию кристаллической иглы. Поле
и переориентация молекул фактически делает формамид сегнетоэлектриком.
Когда учёные снизили напряжённость поля, иглы «расплавились», а затем приняли сферическую форму. При этом наблюдался гистерезис.
Здесь показано изменение формы и предсказанная
электрокристаллизация 10-нанометровых капель формамида. По вертикальной
оси – отношение между длинной и короткой осями капли (иллюстрация
Georgia Tech).
"Это исследование открывает нам свойства большой группы материалов,
на которые можно повлиять приложением полей, — говорит один из
исследователей Узи Лэндмен (Uzi Landman). – В этом случае изменение
формы и кристаллизация происходят из-за того, что формамид, как и вода,
имеет достаточно большой электрический дипольный момент".
Хотя нынешнее открытие представляет в большей степени
фундаментальный интерес, учёные уверены, что оно может привести к новым
разработкам в области направленной доставки лекарств,
наноинкапсуляции, а также пригодится в печати наноструктур.
По материалам: membrana.ru.
http://horoshienovosti.com.ua/?id=15&text=35447
