Električnim poljem pretvorili tekućinu u krutu tvar

Elektrokristalizacijom provedenom na Georgia Techu fizičari su uspjeli pretvoriti kapljicu tekućine u krutu tvar. Elektrokristalizacija je transformacija stanja uzrokovana električnim poljem. Ona pretpostavlja da će se pod utjecajem dovoljno visokog električnog polja kapi tekućine određenih tvari skrutiti. 

Fizičari su predvidjeli da će pod utjecajem dovoljno visokih električnih polja, kapljice određenih tekućih materijala proći kroz proces skrućivanja, pri čemu će se stvoriti kristaliti pri temperaturama i tlakom koji odgovaraju kapljicama u uvjetima bez prisutnosti polja. Istraživanje koje su proveli znanstvenici na Institutu za tehnologiju Georgia, objavljeno je kao online naslovni članak 42. broja 115. izdanja časopisa Journal of Physical Chemistry C.

Ovo istraživanje može dovesti do razvijanja kontrole materijala pomoću induciranog polja na raznim područjima, od ciljanih ispostava lijekova, nanoenkapsulacije, tiskanja nanostruktura i površinskih uzoraka, pa sve do aerosolnih znanosti, elektrosprejnog pogona i ekoloških znanosti.

„Dokazali smo da pomoću jakog električnog polja možemo izazvati promjenu stanja bez mijenjanja termodinamičkih parametara,“ rekao je Uzi Landman, Regents profesor i pročelnik na Školi za fiziku, te predsjednik F. E. Callawaya i direktor Centra za računalne materijalne znanosti (Center for Computational Materials Science – CCMS) na Georgia Tech-u.

Pomoću simulacija molekularne dinamike koje su razvijene na CCMS-u i koje omogućuju znanstvenicima praćenje razvoja materijala u vremenu i prostoru, fizičari su istražili kako nanokapljica formamida reagira kada se izloži električnom polju promjenjive jačine. Ako je izložena polju ne većem od 0,5V/nm, kuglasta kapljica se neznatno izdužila.

Međutim, kada snaga polja naraste na kritičnu jačinu do 0,5V/nm, dolazi do promjene oblika kapljice te ona postaje više nalik igli sa dugačkom osi koja ide u smjeru električnog polja te je 12 puta veća nego njena okomita mala os. Vrijednost kritičnog polja koje je otkriveno prilikom istraživanja savršeno odgovara predviđanjima koje je prije skoro jednog stoljeća postavio Taylor na temelju općih  promatranja.

Nakon promjene oblika, daljnje povećavanje električnog polja dovelo je do sporog, postepenog povećanja omjera širine i visine dugačke i kratke osi iglaste kapljice, dok su molekule formamida pokazivale tekuće difuzijsko kretanje.

„Ovdje je došlo do Eureka trenutka,“ rekao je Landman. „Kada se je jačina polja u simulacijama još više pojačavala, dosegnuvši vrijednost blizu 1,5V/nm, tekuća igla je prošla kroz promjenu stanja, tj. skrućivanje koje se manifestiralo zamrzavanjem difuzijskog pokreta te kulminiralo formacijom jednog kristala formamida kojeg  karakterizira struktura koja se razlikuje od rendgenske kristalografske strukture koja je utvrđena godinama prije pod uvjetima nultog polja.“ nadodao je.

„Ovo je istraživanje otkrilo fascinantna svojstva velike skupine materijala pod utjecajem primijenjenog polja,“ rekao je Landman. „Oblik induciran poljem i kristalizacijska promjena nastali su zato što formamid, kao i vodu i mnoge druge materijale, karakterizira relativno veliki električni dipolni moment. Istraživanje je demonstriralo mogućnost primjene vanjskih polja kako bi se usmjeravao i kontrolirao oblik, agregacijska faza (i.e. kruto ili tekuće) te svojstva određenih materijala.“

Izvor: Znano.st