تنظیم سیال مغناطیسی با میدان الکتریکی برای ایجاد الگوهای کنترل شده

محققان دانشگاه آلتو نشان داده‌اند که یک سوسپانسیون نانوذره‌ای می‌تواند به‌عنوان یک مدل ساده برای مطالعه شکل‌گیری الگوها و ساختارها در سیستم‌های غیرتعادلی پیچیده‌ مانند سلول‌های زنده باشد.

کد خبر: ۹۸۹۸۸۶

پنجشنبه - ۲۳ دی ۱۴۰۰ / January 13, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان دانشگاه آلتو نشان داده‌اند که یک سوسپانسیون نانوذره‌ای می‌تواند به‌عنوان یک مدل ساده برای مطالعه شکل‌گیری الگوها و ساختارها در سیستم‌های غیرتعادلی پیچیده‌ مانند سلول‌های زنده باشد. سیستم جدید آن‌ها نه تنها ابزار ارزشمندی برای مطالعه فرآیندهای الگوبرداری خواهد بود، بلکه دارای طیف گسترده‌ای از کاربردهای فناورانه بالقوه است.

این مخلوط شامل یک مایع روغنی، حامل نانوذرات اکسید آهن است که در یک میدان مغناطیسی، مغناطیسی می‌شوند. در شرایط مناسب، اعمال ولتاژ در این فروسیال باعث مهاجرت نانوذرات می‌شود و یک گرادیان غلظت در مخلوط ایجاد می‌کند. برای این کار، فروسیال باید حاوی دوکاسات نیز باشد، یک ماده شیمیایی مومی شکل که می‌تواند بار را از طریق سیال حمل کند.

محققان دریافتند که وجود دوکاسات و ولتاژ در سرتاسر فروسیال منجر به جدا شدن بارهای الکتریکی شده و نانوذرات اکسید آهن دارای بار منفی می‌شوند. کارلو ریگونی، محقق پسا دکتری در آلتو می گوید: «ما اصلاً چنین انتظاری نداشتیم. ما هنوز نمی‌دانیم چرا این اتفاق می‌افتد. در واقع، ما حتی نمی‌دانیم که آیا بارها از قبل با اضافه شدن ولتاژ تقسیم می‌شوند یا به محض روشن شدن ولتاژ اتفاق می‌افتد.»

برای انعکاس حساسیت جدید به میدان‌های الکتریکی، محققان این سیال را به جای فروسیال، الکتروفروسیال می‌نامند. این پاسخ الکتریکی باعث مهاجرت نانوذرات می‌شود و تفاوت‌های حاصل در غلظت نانوذرات باعث تغییر پاسخ مغناطیسی الکتروفروسیال می‌شود.

در نتیجه، اعمال میدان مغناطیسی در سراسر الکتروفروسیال، با الگوی دقیق بسته به قدرت و جهت میدان مغناطیسی، توزیع نانوذرات را تغییر می‌دهد. به‌عبارت دیگر، توزیع نانوذرات ناپایدار است و از یک حالت به حالت دیگر تغییر می‌کند که توسط یک تغییر کوچک در میدان مغناطیسی خارجی هدایت می‌شود. ترکیبی از ولتاژ و دوکاسات سیال را از یک سیستم تعادلی به یک سیستم غیرتعادلی تبدیل کرد که برای حفظ حالت خود به انرژی ورودی ثابت نیاز دارد.

این دینامیک غیرمنتظره باعث می شود الکتروفروسیال‌ها هم از نظر علمی و هم از نظر کاربردهای بالقوه جالب توجه باشند. جاکو تیمونن، از محققان اصلی این پروژه می‌گوید: «فروسیال‌ها از زمان کشف در دهه ۱۹۶۰ توجه دانشمندان، مهندسان و هنرمندان را به خود جلب کرده‌اند. اکنون، ما یک رویکرد واقعا آسان برای کنترل خواص مغناطیسی آن‌ها، فقط با اعمال یک ولتاژ کوچک برای خارج کردن سیال از تعادل ترمودینامیکی پیدا کرده‌ایم. این موضوع اجازه می‌دهد تا سطح کاملاً جدیدی از کنترل خواص سیال برای کاربردهای فناوران، پیچیدگی در شکل‌گیری الگو و شاید حتی رویکردهای هنری جدید وجود داشته باشد.»

به اعتقاد محققان این پروژه، این کشف یک سیستم مدل ارزشمند را برای محققانی ارائه می‌کند که سعی می‌کنند چه در قالب موجودات زنده یا سیستم‌های پیچیده غیر زنده، سیستم‌های اتلاف‌کننده و شکل‌گیری الگوی زیربنای آن‌ها را درک کنند.