Наночастинки заряджаються різницею температур - LABO ONLINE
Гаряче і холодне одягаються
Наночастинки «заряджаються» різницею температур
Електрично заряджені частинки надають одна одній сильні сили притягання або відштовхування. За допомогою комп’ютерного моделювання вчені Кембриджського та Віденського університетів на чолі з Крістофом Деллаго тепер змогли довести, що дуже схожі сили діють навіть між електрично нейтральними наночастинками, якщо вони холодніші або тепліші за рідину, в якій вони розчинені.
Тіла можуть нести електричні заряди двох типів - позитивні чи негативні - які створюють сили між тілами. Заряди одного типу відштовхують один одного, тоді як заряди з різними знаками притягують один одного. Ці так звані електростатичні сили сильні, коли заряди близькі, а потім швидко зменшуються із збільшенням відстані. На відміну від них, електрично нейтральні тіла не чинять ніяких електростатичних сил одне на одне.
Вчені Кембриджського та Віденського університетів тепер використовують комп’ютерне моделювання, щоб показати, що наночастинки, розчинені у відповідній рідині, можуть поводитись так, ніби вони несуть заряди, навіть якщо вони є електрично нейтральними. Досить нагріти або охолодити частинки порівняно з навколишньою рідиною. Чим більша різниця температур, тим сильніші сили, які зменшуються з відстанню, як і сили між електричними зарядами. Тому наночастинкам можуть бути призначені ефективні заряди, ознака яких залежить від того, охолоджуються чи нагріваються частинки.
Компанія для статті
Теми в статті
Цей дивовижний ефект може виникнути у так званих полярних розчинниках, таких як вода. У полярних рідинах молекули несуть електричний дипольний момент: вони позитивно заряджені з одного боку і негативно заряджені з іншого, хоча в цілому вони електрично нейтральні. Коли наночастинки, розчинені в полярній рідині, нагріваються або охолоджуються, молекули рідини вирівнюються в нерівномірному температурному полі навколо наночастинок.
Статті за темою
Лак для нігтів з наночастинками дорогоцінних металів
Маленькі магніти для майбутнього зберігання даних
"Оскільки молекули в полярних рідинах мають електричний дипольний момент, вирівнювання молекул призводить до електричного поля, ідентичного полю електричного заряду і, отже, з однаковими силами", - пояснює Крістоф Деллаго, фізик Віденського університету і один із Автори дослідження: Цікаво, що ефект також виникає для наночастинок у магнітних рідинах, так що частинки в цьому випадку несуть ефективні магнітні монополі, які були б аналогом елементарних магнітних монополів, яких раніше не спостерігалося.
Дослідники англо-австрійської співпраці змогли отримати свої нові знання завдяки складним комп'ютерним моделюванням, які вони провели на високопродуктивному комп'ютері Віденський науковий кластер (VSC). За допомогою нового методу, розробленого Пітером Вірнсбергером, випускником Віденського університету, а нині докторантом Кембриджського університету, дослідникам вдалося змоделювати складне явище нерівноваги для модельної системи, що складається з понад 10 000 молекул, а також нагрітих або охолоджених Сили, що діють наночастинками, можна наочно продемонструвати.
Практичне значення виявленого ефекту ще не може бути повністю оцінено. "Однак у майбутньому термічно індуковані взаємодії можуть бути використані для управління силами між наночастинками за допомогою контрольованих температурних змін і, таким чином, впливати на структури, які вони утворюють", - говорить Крістоф Делаго. Але перш ніж це станеться, дослідники чекають Однак Кембридж та Відень покладаються на експериментальне підтвердження досліджуваного ефекту.
Публікація:
Пітер Вірнсбергер, Домагой Фіжан, Роджер А. Лайтвуд, Андела Шарич, Крістоф Деллаго та Даан Френкель: Чисельні докази термічно індукованих монополів, у PNAS 2017 (Інтернет від 24 квітня 2017 р.). DOI 10.1073/ст. 162149411.
Науковий контакт: