创造在自然界几乎不可能找到的液体形状:物理学家制造方形液滴和液体晶格

用电场使系统失去平衡，这对于创造在自然界中几乎不可能找到的液体形状是有用的。

当两种物质结合在一起时，它们最终会进入一种叫做热力学平衡的稳定状态;在日常生活中，我们看到这样的例子，当油浮在水面上，当牛奶均匀地混合到咖啡中。芬兰阿尔托大学的研究人员想要扰乱这种状态，看看会发生什么，以及他们能否控制结果。

Jaakko Timonen教授说:“处于平衡状态的事物往往是相当乏味的。”他的研究小组在《纽约时报》上发表了新的研究成果科学的进步9月15日。
把系统从平衡中驱动出来，看看非平衡结构是否能被控制或有用是很有趣的。生物生命本身就是一群脱离热力学平衡的分子真正复杂行为的一个很好的例子。”

在他们的工作中，研究小组使用了不同介电常数和电导率的油的组合。然后他们将液体置于电场中。

“当我们在混合物上开启电场时，电荷会在油之间的界面上聚集。这种电荷密度将界面从热力学平衡中剪切出来，形成有趣的结构，”论文作者之一Nikos Kyriakopoulos博士解释道。由于受到电场的干扰，这些液体被限制在一个薄薄的，几乎是二维的薄片中。这种结合导致了油的变形成为各种完全意想不到的液滴和图案。

实验中的水滴可以被做成正方形和六边形，而这在自然界中几乎是不可能的，因为小气泡和水滴往往会形成球体。这两种液体也可以形成相互连接的晶格:在固体材料中有规律地出现的网格模式，但在液体混合物中是闻所未闻的。液体甚至可以被诱导形成一个环面，一个甜甜圈形状，当磁场作用时，它是稳定的，并保持其形状——不像在自然中，因为液体有强烈的倾向坍塌并填充中心的洞。液体还可以形成绕轴滚动和旋转的细丝。

这篇论文的第一作者吉特·拉朱(Geet Raju)说:“所有这些奇怪的形状都是由这样一个事实造成的，即界面上电荷的运动阻止了它们坍缩回到平衡状态。”

这项工作的一个令人兴奋的结果是，能够创建临时结构的控制和明确的尺寸，可以打开和关闭电压，这是一个研究人员感兴趣的领域，以进一步探索创建电压控制光学器件。另一个潜在的结果是，有能力创造滚动微丝和微滴的相互作用种群，在某种基本水平上，模仿细菌和微藻等微生物的动态和集体行为，使用完全不同的机制推动自己。

参考文献:《受限电液动力驱动液体中非平衡模式的多样性和活动的出现》，Geet Raju, Nikos Kyriakopoulos和Jaakko V. I. Timonen, 2021年9月15日，科学的进步．
DOI 10.1126 / sciadv.abh1642

这项研究是由Timonen教授领导的活性物质研究小组在应用物理系进行的。