神奇:通电液滴可形成迷你版土星环结构

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发布日期:2017年07月17日 所属分类:新知

通过对微小液滴进行通电,科学家能够建立迷你版土星环。

据新浪科技编译国外媒体报道,虽然科学家最新建立的迷你版土星环非常绚丽,但是这个“行星系统”并非仅具有审美价值,该研究将有助于研制产生微观、统一大小微粒和胶囊的新方法,其应用非常广泛,例如:药物、墨水、化妆品、涂料和陶瓷制造等。

神奇:通电液滴可形成迷你版土星环结构

研究人员在实验中对一个液滴通入电脉冲,发现液滴“赤道”形成一个小液滴环,颇似迷你版土星环。

当一个通电液滴暴露在电场中,该液滴将形成两个电极。之前研究表明,这些电极受到电场源的牵引,会形成锥状外形,如果牵引力足够强,锥状前端将变成液滴喷嘴。关于该效果的实验被称为“电雾化”,经常涉及到被导电性较差液体包裹的液滴实验。在这项最新研究中,美国西北大学资深工程师佩蒂亚·弗拉霍维斯卡(Petia Vlahovska)和同事希望探索当液滴进入通电性更强的液体中,将会发生怎样的情景,特别是硅油液滴悬浮在蓖麻油上。

之前研究发现当液滴放置在两块电镀板之间时,将比周围具有更好的导电性,其两极会携带与电镀板相反的电荷,当液滴放入通电电镀板之间,将产生异性相吸效应,导致液滴两极向外牵引(朝向电镀板方向),两极变成锥状结构,液滴变成足球状。

神奇:通电液滴可形成迷你版土星环结构

当电场应用于悬浮在蓖麻油的硅油液滴时,硅油液滴变得扁平,并在液滴“赤道”喷射环状小液滴。

神奇:通电液滴可形成迷你版土星环结构

图中是放大的环状小液滴,其直径大约0.01毫米。

这项最新发现表明,当液滴比周围环境导电性更差时,其两极携带与电镀板电极相同的电荷。弗拉霍维斯卡指出,由于这一过程像同性排斥,电镀板电极和液滴两极之间的排斥力将压缩液滴成为类似M&M巧克力豆的形状。

如果电场足够强,研究人员发现这些压缩液滴的“赤道”会喷射同心环状小液滴,其外形颇似迷你版的土星环。在实验中1毫米直径的硅油液滴会生成大量小液滴,小液滴的直径大约是0.01毫米。

佩蒂亚说:“我非常吃惊地发现液滴分离形成一个环状结构,我根本没有想到会发生这样的状况。”她强调称,我们可以在充分控制下生成环状结构,并且能够对该状态进行开启和关闭。未来研究将进一步探索哪些材料可用于制造“微粒环效应”,具有该效应的材料越多,其应用就越广泛。

目前,佩蒂亚和研究同事纽约大学昆特·布鲁索(Quentin Brosseau)计划将这份研究报告发表在7月20日出版的《物理评论快报》上。

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