Magyar kutatók új anyagállapotot fedeztek fel
A HUN-REN kutatói felfedeztek egy anyagot, amely egyik eddig ismert anyagállapotba sem sorolható be.
Új anyagállapotot fedeztek fel a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói, melyben folyadékcseppek elektromos mező hatására aktívan mozgó, egymással kölcsönható részecskékként viselkednek. A kutatók eredményei új utat nyitnak a precíziós technológia világában – közölte a HUN-REN Magyar Kutatási Hálózat az MTI-vel hétfőn.
Forradalmi kutatás egy felfoghatatlan anyagon
Salamon Péter és Máthé Marcell Tibor, a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói a folyadékok egy nemrég felfedezett különleges fajtáját, a ferroelektromos nematikus folyadékkristályokat vizsgálták. 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 extrémebben viselkedtek: elvesztették csepp formájukat, és bonyolult, labirintusra emlékeztető struktúrát alkottak. A kutatók azt is kimutatták, hogy váltófeszültséget alkalmazva, egy bizonyos frekvenciatartományban a cseppek különböző alakokat felvéve elkezdenek mozogni. A mozgás során a cseppek egymást taszítva részecskékként ütköznek, és olyan aktív objektumokra hasonlítanak, mint a rajzó rovarok, mikrobák vagy mikrorobotok.
A közlemény szerint a kutatók a cseppek mozgását szabályozni is tudták feszültséggel, így a jelenség alkalmazható lehet új típusú mikrofluidikai eszközökben, a felfedezésnek gyakorlati haszna lehet az orvosi diagnosztikában, a kémiai analízisben és a biotechnológiában is.
A kutatók azt is megfigyelték, hogy ezt a mozgást hangkibocsátás kíséri. A meglepő jelenség magyarázatát a hang spektrumának analízise segítette, ami arra utalt, hogy cseppek a váltófeszültség hatására mechanikai rezgésbe jönnek. A kutatók ezen eredményeiket a Nature Communications című folyóiratban publikálták.
Furcsa kristályok
A közlemény szerint szintén a ferroelektromos nematikus folyadékkristályokat vizsgálták a kutatók a Kent State University (USA) kutatóival megvalósult együttműködés során Jákli Antal professzorral.
„Ennek keretében a világon elsőként mutatták ki az inverz piezoelektromosság jelenséget háromdimenziós folyadékokban. Az effektus lényege, hogy a ferroelektromos nematikus folyadékra feszültséget kapcsolva, a feszültséggel egyenes arányban az anyag mechanikai elmozdulást mutat. A jelenség fordítva is működik: ekkor mechanikai deformáció hatására elektromos töltések keletkeznek a felületén” – írták.
Az új „folyadék” egyben a szilárd anyagok között is ranglistavezető lehetne. „A kHz-es frekvenciatartományban a vizsgált anyag piezoelektromos csatolási állandója meghaladja az 1 nC/N értéket, ami azt jelenti, hogy egy newtonnyi erő hatására legalább 1 nanocoulomb töltés keletkezik. Ez az érték hasonló a legerősebb piezoelektromos szilárd anyagokéhoz, tehát a vizsgált anyag piezoelektromos tulajdonságai kiemelkedőek, annak ellenére, hogy nem is szilárd halmazállapotú” – írja közleményében a HUN-REN.
A ferroelektromos nematikus folyadékkristályok elektromechanikai válaszának megértése lehetővé teszi a mechanikai energia kinyerését, és új utat nyit a folyadékaktuátorok, mikropozicionálók és elektromosan hangolható optikai lencsék kifejlesztéséhez – áll a közleményben. A kutatók eredményeiket a rangos Advanced Functional Materials folyóiratban publikálták.
Ez is érdekelhet:
