Способна ли жидкость запоминать форму, бросая вызов термодинамике?

Исследовательская группа из Университета Массачусетса в Амхерсте (UMass Amherst) столкнулась с неожиданным явлением. Аспирант-физик Энтони Рэйх обнаружил, что смесь масла, воды и намагниченных наночастиц никеля после встряхивания неизменно разделяется, образуя устойчивую форму, напоминающую «классически изогнутые линии греческой вазы». Эта форма оставалась стабильной независимо от частоты или интенсивности встряхивания.
Способна ли жидкость запоминать форму, бросая вызов термодинамике?
Изображение носит иллюстративный характер

Открытие стало полной неожиданностью, поскольку противоречило устоявшимся принципам термодинамики, касающимся эмульгирования и межфазного натяжения. Обычно ожидается, что подобные смеси (эмульсии) либо смешиваются, либо разделяются иным образом под действием эмульгаторов, снижающих поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Наблюдаемое же поведение казалось невозможным.

Энтони Рэйх вспоминает свою реакцию: "... в полной неожиданности смесь приняла эту прекрасную, безупречную форму вазы». Столкнувшись с необъяснимым, он искал ответы у коллег: «Я подумал: 'Что это такое?' И я ходил по коридорам... спрашивая их, знают ли они, что происходит».

Для разгадки потребовались совместные усилия. Эксперименты проводились в UMass Amherst, а компьютерное моделирование — в Университете Тафтса и Сиракузском университете. Ключевую роль в исследовании сыграли старшие авторы из UMass Amherst: Томас Рассел, заслуженный профессор полимерных наук и инженерии имени Сильвио О. Конте, и Дэвид Хогланд, профессор полимерных наук и инженерии, специализирующийся на мягких материалах.

Томас Рассел объясняет стандартный процесс эмульгирования на простом примере: «Представьте себе вашу любимую итальянскую салатную заправку...» Обычно компоненты вроде специй действуют как эмульгаторы, снижая межфазное натяжение между маслом и водой, способствуя их смешиванию или образованию мелкодисперсной взвеси.

Однако в данном случае механизм оказался противоположным. Сильно намагниченные наночастицы никеля не уменьшали, а наоборот, увеличивали межфазное натяжение. Именно это повышенное натяжение заставляло границу раздела между маслом и водой изгибаться и принимать стабильную, характерную форму вазы.

Дэвид Хогланд поясняет детали на микроуровне: «Когда вы очень внимательно смотрите на отдельные наночастицы... вы можете получить чрезвычайно подробную информацию о том, как собираются различные формы. В данном случае частицы намагничены достаточно сильно, чтобы их сборка мешала процессу эмульгирования...»

Потенциал использования магнитных частиц в жидкостях отмечает и Энтони Рэйх: "... потому что можно создавать всевозможные интересные материалы с полезными свойствами, когда жидкость содержит магнитные частицы».

Результаты этого исследования были опубликованы в престижном научном журнале Nature Physics. Они демонстрируют, как сильный магнетизм может вмешиваться в термодинамические процессы в системах мягкой материи и даже преобладать над ними.

Томас Рассел подчеркивает важность таких аномальных наблюдений: «Когда вы видите что-то, что не должно быть возможным, вы должны это исследовать». Обнаруженная «жидкость, восстанавливающая форму», представляет собой фундаментальное открытие.

На данный момент конкретных практических применений для этого явления не найдено. Тем не менее, открытие представляет собой, по сути, новое состояние вещества и имеет потенциал значительно повлиять на развитие физики мягкой материи, открывая новые пути для исследования и создания материалов с уникальными свойствами.


Новое на сайте

19817В Луксоре нашли стелу с римским императором в образе фараона 19816Экипаж Artemis II о моменте, когда земля исчезла за луной 19815Почему луна выглядит по-разному в разных точках земли? 19814Adobe экстренно закрыла опасную дыру в Acrobat Reader, которую хакеры использовали с... 19813Метеорный поток, рождённый из умирающего астероида 19812Когда робот пишет за тебя прощальную смс 19811Что общего у лунной миссии, толстого попугая, загадочной плащаницы и лекарства от диабета? 19810Какие снимки Artemis II уже стали иконами лунной программы? 19809Кто на самом деле хочет сладкого — вы или ваши бактерии? 19808Как рекламные данные 500 миллионов телефонов оказались в руках спецслужб? 19807Экипаж Artemis II вернулся на землю после десяти дней в космосе 19806Зелёная и коричневая луна: почему геологи Artemis II уже не могут усидеть на месте 19805Эксперты уверены в теплозащитном щите Artemis II, несмотря на проблемы предшественника 19804Выжить внутри торнадо: каково это — когда тебя засасывает в воронку 19803Аляскинские косатки-охотники на млекопитающих замечены у берегов Сиэтла
Ссылка