用電場調(diào)整磁流體會產(chǎn)生可控的耗散模式

阿爾托大學(xué)的研究人員表明，納米顆粒懸浮液可以作為研究更復(fù)雜的非平衡系統(tǒng)(如活細(xì)胞)中圖案和結(jié)構(gòu)形成的簡單模型。新系統(tǒng)不僅是研究圖案化過程的寶貴工具，而且具有廣泛的潛在技術(shù)應(yīng)用。

該混合物由帶有氧化鐵納米顆粒的油狀液體組成，這些納米顆粒在磁場中會被磁化。在合適的條件下，在鐵磁流體上施加電壓會導(dǎo)致納米顆粒遷移，從而在混合物中形成濃度梯度。為此，鐵磁流體還必須包括多庫酯，一種可以通過流體攜帶電荷的蠟狀化學(xué)物質(zhì)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，多庫酯的存在和鐵磁流體兩端的電壓導(dǎo)致電荷分離，氧化鐵納米顆粒帶負(fù)電。“我們根本沒想到會這樣，”阿爾托的博士后研究員 Carlo Rigoni 說。'我們?nèi)匀徊恢浪鼮槭裁磿l(fā)生。事實(shí)上，我們甚至不知道在添加多庫酯時電荷是否已經(jīng)分裂，或者是否在打開電壓后立即發(fā)生分裂。

為了反映對電場的新敏感性，研究人員將這種流體稱為電鐵磁流體，而不僅僅是鐵磁流體。這種電響應(yīng)導(dǎo)致納米顆粒遷移，由此產(chǎn)生的納米顆粒濃度差異改變了電鐵磁流體的磁響應(yīng)。

因此，在電鐵磁流體上施加磁場會改變納米顆粒的分布，精確的圖案取決于磁場的強(qiáng)度和方向。換句話說，納米粒子的分布是不穩(wěn)定的，在外部磁場的微小變化的驅(qū)動下，會從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)。電壓和多庫酯的組合將流體從平衡系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰愣芰枯斎胍跃S持其狀態(tài)的非平衡系統(tǒng)——耗散系統(tǒng)。

這些意想不到的動力學(xué)使電鐵磁流體在科學(xué)和潛在應(yīng)用方面都特別有趣。'鐵磁流體自 1960 年代被發(fā)現(xiàn)以來就引起了科學(xué)家、工程師和藝術(shù)家的注意。現(xiàn)在，我們已經(jīng)找到了一種真正簡便的方法，只需施加一個小電壓來驅(qū)動流體脫離熱力學(xué)平衡，就可以實(shí)時控制它們的磁性。阿爾托實(shí)驗(yàn)?zāi)蹜B(tài)物理學(xué)教授 Jaakko Timonen 說，這使得技術(shù)應(yīng)用的流體特性、圖案形成的復(fù)雜性，甚至可能是新的藝術(shù)方法有了全新的控制水平，他監(jiān)督了這項(xiàng)研究。

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