這種奇異的變形液體扭曲了熱力學(xué)定律

一個(gè)由磁化顆粒薄薄的皮膚隔開的油和水容器引起了化學(xué)工程師團(tuán)隊(duì)的興趣，他們采用了意想不到的“希臘甕”形狀激動(dòng)時(shí)。

“我想'這是什么東西？'”馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究生 Anthony Raykh召回，在做了所有化學(xué)學(xué)生都喜歡做的事情之后，混合具有有趣特性的材料，看看會(huì)發(fā)生什么。

“所以，我在高分子科學(xué)與工程系的大廳里來回走動(dòng)，敲我的教授們的門，問他們是否知道發(fā)生了什么?！?/p>

對(duì)材料的分析表明，微小磁珠之間的相互作用與不混溶液體之間的表面張力一起作用，將混合物拉向熱力學(xué)如果不是因?yàn)橐稽c(diǎn)磁性，通常會(huì)禁止。

雖然這一發(fā)現(xiàn)沒有明顯的應(yīng)用，但至少目前是這樣，這種混合物的不尋常形狀及其對(duì)外部磁場(chǎng)的響應(yīng)可能會(huì)為未來的研究人員和工程師提供一種新的技巧來調(diào)整其乳液的結(jié)構(gòu)特性。

油和水不是最好的朋友。你可以隨心所欲地組合和搖晃——遲早，兩者會(huì)分道揚(yáng)鑣，根據(jù)能量的熱力學(xué)流動(dòng)與分子鍵的吸引和排斥而重組成不同的層次。

正如任何嶄露頭角的主廚都知道的那樣，有一些方法可以將脂溶性和水溶性液體混合更長時(shí)間。乳化 劑，例如蛋黃中的卵磷脂，可以作為化學(xué)外交官，將材料粘合成與您最喜歡的沙拉醬一樣令人滿意的光滑和一致的混合物。

皮克林乳液遵循一種穩(wěn)定混合物的方法，在兩個(gè)相之間插入一層薄薄的皮膚，將至少一種液體打碎成微小的氣泡，這些氣泡可以通過另一種液體更一致地分散。

從技術(shù)上講，Raykh 的實(shí)驗(yàn)室沙拉醬遵循了皮克林乳液的規(guī)則，含有自來水和微極性有機(jī)溶劑以及少量磁化鎳顆粒，大約 5 到 15微米和 20 納米在大小上。

鎳顆粒分散在水中，上升到表面，在有機(jī)溶劑界面下方以二維“皮膚”的形式連接，就像皮克林乳化劑在水性液體和油之間所做的那樣。搖晃混合物應(yīng)導(dǎo)致三種材料的懸浮液像蛋黃醬一樣均勻。

只是事實(shí)并非如此。磁性粒子在液體熱力學(xué)決定的張力下被拉入支鏈網(wǎng)中，在平衡狀態(tài)下將整個(gè)混合物拉成不平衡的沙漏狀結(jié)構(gòu)。

在顯微鏡下觀察和對(duì)所涉及的力進(jìn)行建模的計(jì)算機(jī)模擬，清楚地展示了產(chǎn)生不尋常形狀所涉及的復(fù)雜磁相互作用組合，從而防止了乳化的發(fā)生。使用磁鐵，研究人員可以變形邊界并修改骨灰盒的形狀。

“當(dāng)你非常仔細(xì)地觀察形成水和油之間邊界的磁化鎳的各個(gè)納米顆粒時(shí)，你可以獲得關(guān)于不同形式如何組裝的極其詳細(xì)的信息?！?a>說聚合物科學(xué)家大衛(wèi)·霍格蘭。

“在這種情況下，顆粒被磁化得足夠強(qiáng)，以至于它們的組裝會(huì)干擾熱力學(xué)定律所描述的乳化過程?！?/p>

這項(xiàng)研究發(fā)表在自然物理學(xué).

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