Ferroakışkan Modeli

Bir elektrik alanı, bir demir oksit nanoparçacık süspansiyonunu, karmaşık enerji tüketen yapıların ortaya çıkması için bir modele dönüştürür.

Aalto Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, bir nanoparçacık süspansiyonunun, canlı hücreler gibi daha karmaşık denge dışı sistemlerde kalıp ve yapıların oluşumunu incelemek için basit bir model olarak hizmet edebileceğini göstermiştir. Yeni sistem, sadece model oluşturma süreçlerini incelemek için değerli bir araç olmakla kalmayacak, aynı zamanda çok çeşitli potansiyel teknolojik uygulamalara da sahip olacak.

Karışım, manyetik bir alanda manyetize hale gelen, demir oksit nanoparçacıklarını taşıyan yağlı bir sıvıdan oluşur. Doğru koşullar altında, bu ferro-sıvıya voltaj uygulamak, nanopartiküllerin karışımda bir konsantrasyon gradyanı oluşturarak göç etmesine neden olur. Bunun çalışması için, ferro-sıvı, sıvı içinde yük taşıyabilen mumsu bir kimyasal olan docusate’i de içermelidir.

Araştırmacılar, dokümantasyonun varlığının ve ferro-sıvı boyunca bir voltajın, demir oksit nanoparçacıklarının negatif yüklü hale gelmesiyle, elektrik yüklerinin ayrılmasına neden olduğunu keşfettiler. Aalto’da doktora sonrası araştırmacı olan Carlo Rigoni, “Bunu hiç beklemiyorduk” diyor. “Neden olduğunu hala bilmiyoruz. Aslında, belge eklendiğinde veya voltaj açılır açılmaz gerçekleşip gerçekleşmediğini bile bilmiyoruz.”

Elektroferroakışkan Modelleri

Elektroferroakışkan tarafından sergilenen çeşitli modelleri gösteren fotoğraflar ve mikrograflar: sadece manyetik alandaki denge modelleri (solda) ve elektrik ve manyetik alanların bir kombinasyonu altında oluşturulan denge dışı modeller (sağda). Kredi: Prof. Timonen/Aalto Üniversitesi tarafından yönetilen Aktif Madde araştırma grubu

Araştırmacılar, elektrik alanlarına yeni duyarlılığı yansıtmak için sıvıya yalnızca bir ferrofluid yerine bir elektroferrofluid diyorlar. Bu elektriksel tepki, nanopartiküllerin göç etmesine neden olur ve nanopartikül konsantrasyonunda ortaya çıkan farklılıklar, elektroferroakışkanın manyetik tepkisini değiştirir.

Sonuç olarak, elektroferroakışkan boyunca bir manyetik alan uygulamak, manyetik alanın gücüne ve yönüne bağlı olarak kesin bir modelle nanoparçacıkların dağılımını değiştirir. Başka bir deyişle, nanoparçacık dağılımı kararsızdır, dış manyetik alandaki küçük bir değişiklik tarafından yönlendirilen bir durumdan diğerine kayar. Voltaj ve belge kombinasyonu, sıvıyı bir denge sisteminden durumunu korumak için sabit enerji girişi gerektiren dengesiz bir sisteme – enerji tüketen bir sisteme – dönüştürdü.

Bu beklenmedik dinamikler, elektroferroakışkanları hem bilimsel hem de potansiyel uygulamalar açısından özellikle ilginç kılmaktadır. “Ferrofluidler, 1960’lardaki keşiflerinden bu yana bilim adamlarının, mühendislerin ve sanatçıların dikkatini çekti. Şimdi, sıvıyı termodinamik dengeden çıkarmak için küçük bir voltaj uygulayarak manyetik özelliklerini anında kontrol etmek için gerçekten kolay bir yaklaşım bulduk. Aalto’da deneysel yoğun madde fiziği profesörü ve araştırmayı denetleyen Jaakko Timonen, bu, teknolojik uygulamalar için akışkan özelliklerinin tamamen yeni bir kontrol düzeyine, desen oluşumundaki karmaşıklığa ve hatta belki de yeni sanatsal yaklaşımlara izin veriyor” diyor.

Rigoni, “Tüketimli sürüş, etrafımızdaki kalıpları ve yapıları yaratan genel mekanizmadır” diyor. “Hayat bir örnektir. Organizmalar, düzenli durumlarına sürekli olarak enerjiyi dağıtmak zorundadır ve bu, ekosistemlerdeki kalıpların ve yapıların büyük çoğunluğu için de geçerlidir.”

Rigoni, bu keşfin, ister canlı organizmalar ister karmaşık cansız sistemler biçiminde olsun, enerji tüketen sistemleri ve bunların desteklediği kalıp oluşumunu anlamaya çalışan araştırmacılar için değerli bir model sistem sağladığını açıklıyor.

“Çoğu enerji tüketen sistem çok karmaşıktır. Örneğin, canlı yapıları belirli yapıların ortaya çıkışını açıklayabilecek bir dizi basit parametreye indirgemek çok zor” diyor Rigoni. Voltajla çalışan ferroakışkan, enerji tüketen bir sisteme geçişi incelemek ve manyetik alan gibi dış etkilerin yapıları oluşturmak veya değiştirmek için sistemle nasıl etkileşime girdiğini anlamak için kullanılabilir. Rigoni, “Bu bize daha karmaşık bağlamlarda tüketen yapıların nasıl oluşturulduğuna dair ipuçları verebilir” diyor.

Temel araştırmalardaki değerine ek olarak, keşif ayrıca potansiyel pratik uygulamalara da sahiptir. Nanoparçacıkların düzenini ve dağılımını kontrol etme yeteneği, optik ızgaralar ve e-mürekkep ekranları gibi bir dizi teknolojide değerlidir ve çok düşük güç tüketimi bu yaklaşımı özellikle çekici kılmaktadır. Rigoni, “Bu ilk araştırma temel olarak temel bilimle ilgiliydi, ancak uygulamalara odaklanan çalışmalara şimdiden başladık” diyor.

Referans: Tomy Cherian, Fereshteh Sohrabi, Carlo Rigoni, Olli Ikkala ve Jaakko VI Timonen, 22 Aralık 2021, “Dengesiz voltaj kontrollü manyetizma, dağınık arayüzler ve desenlere sahip elektroferrofluids”, Bilim Gelişmeleri.
DOI: 10.1126/sciadv.abi8990





#Bir #Manyetik #Akışkanı #Elektrik #Alanla #Ayarlamak #Karmaşık #Kontrol #Edilebilir #Dağılım #Modelleri #Yaratır