Z kvapaliny môže byť pôsobením elektrického poľa pevná látka
19.10.2011 23:00:59 | QScience Daily | Počet zobrazení: 2106x
Vedci z technologického inštitútu v Georgii ukázali, že pomocou silného elektrického poľa sa môžu z kvapiek určitých materiálov stať kryštály pri teplote a tlaku, ktorá zodpovedá tekutým kvapkám v podmienkach bez pôsobenia elektrického poľa. Zmena skupenstva pôsobením elektrického poľa sa označuje ako elektrokryštalizácia.
„Ukázali sme, že silné elektrické pole môže spôsobiť zmenu skupenstva bez zmeny termodynamických vlastností,“ povedal vedúci výskumu Uzi Ladman.
Vo svojich experimentoch chceli preskúmať teóriu o zmene tvaru tekutých kvapiek dažďa pri prechode elektrickým poľom spôsobeným bleskom. Kvapky sú mimo pôsobenia elektrického plocha guľaté, pôsobením elektrického poľa získajú ihlicovitý tvar. Namiesto vodných kvapiek sa vedci zamerali na tekuté kvapky formamidu s priemerom 10 nanometrov. Formamid je tvorený z malých polárnych molekúl, z ktorých je každá charakterizovaná dipólovým momentom, ktorý je viac ako dvojnásobný oproti molekule vody.
Vedci potvrdili teóriu z roku 1964 a zistili, že pôsobením elektrického poľa sa mení tvar kvapky a so silnejúcim poľom sa ihlicovitá štruktúra predlžuje. Pri ďalšom zosilnení poľa, blížiaceho sa silou k hodnote 1,5 V/nm, zmenila tekutá kvapka skupenstvo, prestala prejavovať známky difúzie a pohybovala sa vo kryštalickej štruktúre formamidu. Po postupnom odstránení elektrického poľa získala kvapka opäť svoju kvapalnú podobu.
Vedci tiež formulovali a overili analytický model energie, ktorý popisuje rovnováhu medzi príspevkom polarizácie, povrchového napätia a dielektrického nasýtenia. Model sa zhodoval s výsledkami počítačových simulácií, čím sa môže stať teoretickým základom pochopenia odozvy dielektrických kvapiek na pôsobenie elektrického poľa.
„Náš výskum odhalil fascinujúce vlastnosti veľkej skupiny materiálov pod vplyvom polí,“ povedal Landman. „K vynútenému tvaru a kryštalizácii došlo, pretože formamide, podobne ako voda a mnohé ďalšie materiály, je charakteristický relatívne veľkým dipólovým momentom. Výskum ukázal schopnosť zapojiť polia do ovplyvnenia tvaru materiálu, skupenstvo a vlastnosti niektorých materiálov.“
Popri základnej snahe o pochopenie mikroskopického pôvodu správania sa materiálov, môže zistenie vedcov viesť k systému riadenia vlastností materiálov v rôznych oblastiach od cielenej aplikácie liekov cez nanozapúzdrenie a tvarovanie povrchu až po oblasť aerosólov a vedu o životnom prostredí.