Wissenschaftliche Sensation: Ungarische Forscher entdecken neuen Zustand der Materie
Forscher des HUN-REN Wigner Research Center for Physics haben einen neuen Zustand der Materie entdeckt, in dem sich Flüssigkeitströpfchen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes wie aktiv bewegte, interagierende Teilchen verhalten. Ihre Erkenntnisse könnten neue Wege in der Präzisionstechnologie eröffnen.
Die Forscher Péter Salamon und Marcell Tibor Máthé vom HUN-REN Wigner Research Center for Physics haben eine kürzlich entdeckte spezielle Art von Flüssigkeit untersucht, die als ferroelektrische nematische Flüssigkristalle bekannt ist. Sie beobachteten, dass die Oberfläche ferroelektrischer nematischer Flüssigkeitströpfchen in einem elektrischen Feld instabil wird und fraktalartige Flüssigkeitsverlängerungen bildet.
Was ist eine ferroelektrische nematische Flüssigkeit?
Ferroelektrische nematische Materialien sind aus länglichen, asymmetrischen Molekülen zusammengesetzt, die hochpolar sind, ihre beiden Enden also entgegengesetzte elektrische Ladungen tragen (eine positive und eine negative) Die Einzigartigkeit und Seltenheit der ferroelektrischen nematischen Phase liegt darin, dass ihre molekulare Anordnung die einzelnen Ladungsverteilungen nicht aufhebt Stattdessen addieren sich die molekularen Polarisationen, was zu einer spontanen elektrischen Polarisation des Materials führt Obwohl die Analogie nicht perfekt ist, kann man sich ferroelektrische nematische Flüssigkeiten als die elektrischen Gegenstücke magnetischer Flüssigkeiten (Ferrofluide) vorstellen Obwohl ihre Existenz vor über einem Jahrhundert vorhergesagt wurde, war es erst 2017 so, dass Wissenschaftler ein solches Material zum ersten Mal erfolgreich synthetisierten.
Während der Forschung beobachteten Wissenschaftler, dass bei Anlegen einer höheren Spannung an die Flüssigkeitströpfchen ihr Verhalten noch extremer wurde: Sie verloren ihre Tröpfchenform und bildeten komplexe, labyrinthartige Strukturen Die Forscher fanden außerdem heraus, dass sich die Tröpfchen bei Anlegen einer Wechselspannung innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs zu bewegen begannen, während sie ihre Form veränderten Während der Bewegung stießen sich die Tröpfchen gegenseitig ab und kollidierten wie Partikel, die aktiven Objekten wie schwärmenden Insekten, Mikroben oder Mikrorobotern ähnelten Die Forscher konnten auch die Bewegung der Tröpfchen mithilfe von Spannung steuern, was auf mögliche Anwendungen in neuen Arten von mikrofluidischen Geräten schließen lässt Diese Entdeckung könnte praktische Vorteile in Bereichen wie medizinische Diagnostik, chemische Analyse, und Biotechnologie haben.
Die Forscher beobachteten auch, dass diese Bewegung von Schallemission begleitet wurde Das überraschende Phänomen wurde durch Spektralanalyse des Schalls erklärt, die darauf hinwies, dass die Tröpfchen bei Einwirkung von Wechselspannung mechanische Schwingungen erfahren Die charakteristischen Frequenzen dieser Schwingungen entsprachen der Frequenz des Antriebssignals und seiner zweiten Harmonischen Die Forscher veröffentlichten ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications.
Wigner ferroelecric nematische Tröpfchen
Forscher untersuchten auch ferroelektrische nematische Flüssigkristalle in Zusammenarbeit mit Professor Antal Jákli von der Kent State University (USA).Durch diese Partnerschaft konnten sie als erste weltweit das Phänomen der inversen Piezoelektrizität in dreidimensionalen Flüssigkeiten demonstrieren, die Essenz dieses Effekts ist, dass bei Anlegen von Spannung an eine ferroelektrische nematische Flüssigkeit das Material eine mechanische Verschiebung proportional zur angelegten Spannung aufweist Das Phänomen wirkt auch umgekehrt: Durch mechanische Verformung entstehen elektrische Ladungen auf der Oberfläche des Materials Im kHz-Frequenzbereich übersteigt die piezoelektrische Kopplungskonstante des untersuchten Materials 1 nC/N, was bedeutet, dass eine Kraft eines Newton mindestens eine Nanospulombe des höchsten Ladungswerts vergleichbar ist. Pressemitteilung Sagte.
Das Verständnis der elektromechanischen Reaktion ferroelektrischer nematischer Flüssigkristalle ermöglicht die Gewinnung mechanischer Energie und ebnet den Weg für die Entwicklung von Flüssigkeitsaktoren, Mikropositionierern und elektrisch abstimmbaren optischen Linsen. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift Advanced Functional Materials.
HUN-REN möchte eine der effektivsten Forschungsorganisationen in Europa werden und wesentlich zum sozialen und wirtschaftlichen Erfolg Ungarns beitragen. Das HUN-REN-Gesetz, das ab dem 1. Januar 2025 in Kraft tritt, bietet den notwendigen Rahmen für die Umwandlung von HUN-REN in ein reaktionsfähigeres, kollaborativeres, leistungsorientierteres und gut funktionierendes Netzwerk, das die Freiheit der wissenschaftlichen Forschung und die Fortsetzung der explorativen Forschung gewährleistet und gleichzeitig multidisziplinäre Lösungen für komplexe Herausforderungen bietet, die sowohl nationale als auch internationale Gemeinschaften betreffen Mitarbeiter im Rahmen der Modernisierung von HUN-REN können sich auf ein langfristiges, konsistentes, wertorientiertes und leistungsorientiertes Finanzierungssystem, sich gegenseitig verstärkende Struktur und Funktionsweise, wettbewerbsfähige Gehälter und eine vorhersehbare Forschungskarriere freuen.