Forradalmi felfedezést tettek a magyar kutatók, megváltozhat, amit eddig a fizikáról tudtunk
Az anyag egy új állapotát fedezték fel magyar kutatók, amelyben folyadékcseppek elektromos mező hatására aktívan mozgó, egymással kölcsönható részecskékként viselkednek. A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatóinak legújabb eredményei új utat nyitnak a precíziós technológia világában – derült ki a HUN-REN hétfői közleményéből.
A folyadékok egy nemrég felfedezett különleges fajtáját, a ferroelektromos nematikus folyadékkristályokat vizsgálták a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói, Salamon Péter és Máthé Marcell Tibor. A kutatók megfigyelték, hogy a ferroelektromos nematikus folyadékcseppek felülete elektromos mezőben instabillá válik, és fraktálszerű folyadéknyúlványok alakulnak ki.
A kutatás során azt tapasztalták, hogy amikor nagyobb feszültséget kapcsoltak a folyadékcseppekre, azok még extrémebb módon viselkedtek:
- elvesztették csepp formájukat,
- és bonyolult, labirintusra emlékeztető struktúrát alkottak.
Váltófeszültséget alkalmazva a kutatók azt is kimutatták, egy bizonyos frekvenciatartományban a cseppek különböző alakokat felvéve elkezdenek mozogni. E mozgás során a cseppek egymást taszítva részecskékként ütköznek, és olyan aktív objektumokra hasonlítanak, mint a rajzó rovarok, mikrobák vagy mikrorobotok. A cseppek mozgását is sikerült szabályozni feszültséggel, ami szintén fontos eredmény. A felfedezésnek gyakorlati haszna lehet az orvosi diagnosztikában, a kémiai analízisben és a biotechnológiában is.
Mi a ferroelektromos nematikus folyadék?
A ferroelektromos nematikus anyagokat olyan hosszúkás aszimmetrikus molekulák alkotják, melyek erősen polárosak, azaz a két végük ellentétes előjelű, pozitív és negatív elektromos töltésekkel jellemezhető. A ferroelektromos nematikus fázis különlegessége és ritkasága abban rejlik, hogy az alkotó molekulák úgy rendeződnek, hogy a molekulák elektromos töltésmegosztása nem átlagolódik ki, hanem összeadódik, így az anyagnak spontán elektromos polarizációja lesz. Bár az analógia nem tökéletes, a ferroelektromos nematikus folyadékok a mágneses folyadékok (ferrofluidok) elektromos verzióiként képzelhetők el. Létezésüket már több mint száz éve megjósolták, mégis csak 2017-ben sikerült először ilyen anyagot szintetizálni.
A kutatók azt is megfigyelték, hogy ezt a mozgást hangkibocsátás kíséri, ennek magyarázatát a hang spektrumának analízise segítette, ami arra utalt, hogy cseppek a váltófeszültség hatására mechanikai rezgésbe jönnek, aminek jellemző frekvenciái a meghajtójel frekvenciája, illetve annak duplája. A kutatók eredményeiket a rangos Nature Communications folyóiratban publikálták.
Más magyar siker is született a témában
A HUN-REN közleménye megjegyezte, hogy szintén a ferroelektromos nematikus folyadékkristályokat vizsgálták az amerikai Kent State University kutatóival megvalósult együttműködés során Jákli Antal professzorral. Az együttműködés keretében a világon elsőként mutatták ki az inverz piezoelektromosság jelenséget háromdimenziós folyadékokban.
Ennek lényege, hogy a ferroelektromos nematikus folyadékra feszültséget kapcsolva, a feszültséggel egyenes arányban az anyag mechanikai elmozdulást mutat. Ráadásul a jelenség fordítva is működik, ekkor mechanikai deformáció hatására elektromos töltések keletkeznek a felületén.
A ferroelektromos nematikus folyadékkristályok elektromechanikai válaszának megértése lehetővé teszi a mechanikai energia kinyerését, ezzel pedig új utat nyit a folyadékaktuátorok, mikropozicionálók és elektromosan hangolható optikai lencsék kifejlesztéséhez. A kutatók eredményeiket a rangos Advanced Functional Materials folyóiratban publikálták.
Portfóliónk minőségi tartalmat jelent minden olvasó számára. Egyedülálló elérést, országos lefedettséget és változatos megjelenési lehetőséget biztosít. Folyamatosan keressük az új irányokat és fejlődési lehetőségeket. Ez jövőnk záloga.