Наночастиците се зареждат от температурни разлики - LABO ONLINE

Топла и студена рокля

Наночастиците се "зареждат" от температурните разлики

Електрически заредените частици упражняват силни атрактивни или отблъскващи сили една върху друга. С помощта на компютърни симулации учени от университетите в Кеймбридж и Виена, оглавявани от Кристоф Делаго, вече са в състояние да докажат, че много подобни сили действат дори между електрически неутрални наночастици, ако са по-студени или по-топли от течността, в която са разтворени.

Телата могат да носят електрически заряди от два вида - положителни или отрицателни - които създават сили между телата. Зарядите от един и същи тип се отблъскват, докато зарядите с различни знаци се привличат. Тези така наречени електростатични сили са силни, когато зарядите са близки и след това бързо намаляват с увеличаване на разстоянието. За разлика от тях, електрически неутралните тела не упражняват никакви електростатични сили едно върху друго.

Сега учени от университетите в Кеймбридж и Виена са използвали компютърни симулации, за да покажат, че наночастиците, разтворени в подходяща течност, могат да се накарат да се държат така, сякаш носят заряди, дори ако са електрически неутрални. Достатъчно е да нагреете или охладите частиците в сравнение с околната течност. Колкото по-голяма е температурната разлика, толкова по-силни са силите, които намаляват с разстоянието, както и силите между електрическите заряди. Следователно на наночастиците могат да бъдат определени ефективни заряди, чийто знак зависи от това дали частиците се охлаждат или нагряват.

Фирма за статията

Теми в статията

Този удивителен ефект може да възникне в така наречените полярни разтворители като вода. В полярните течности молекулите носят електрически диполен момент: те са заредени положително от едната страна и отрицателно заредени от другата страна, въпреки че са електрически неутрални като цяло. Когато наночастиците, разтворени в полярната течност, се нагряват или охлаждат, молекулите на течността се подравняват в неравномерното температурно поле около наночастиците.

Статии по темата

Лак за нокти с наночастици от благородни метали

Малки магнити за бъдещо съхранение на данни

„Тъй като молекулите в полярните течности имат електрически диполен момент, подравняването на молекулите води до електрическо поле, което е идентично с това на електрически заряд и следователно с еднакви сили“, обяснява Кристоф Делаго, физик от Виенския университет и един от Автори на изследването: Интересното е, че ефектът се проявява и върху наночастиците в магнитни течности, така че частиците в този случай носят ефективни магнитни монополи, които биха били аналог на елементарните магнитни монополи, които не са били наблюдавани по-рано.

Изследователите на англо-австрийското сътрудничество успяха да получат новите си открития благодарение на сложни компютърни симулации, които те извършиха на високопроизводителния компютър Vienna Scientific Cluster (VSC). С помощта на нов метод, разработен от Петер Вирнсбергер, възпитаник на Виенския университет и сега докторант в университета в Кеймбридж, изследователите успяха да симулират сложното неравновесно явление за моделна система, съставена от повече от 10 000 молекули и тези от нагрети или охладени Силите, упражнявани от наночастиците, могат да бъдат ясно демонстрирани.

Практическото значение на открития ефект все още не може да бъде напълно оценено. "В бъдеще обаче термично индуцираните взаимодействия могат да бъдат използвани за контрол на силите между наночастиците чрез контролирани температурни промени и по този начин да повлияят на структурите, които те образуват", казва Кристоф Делаго. Но преди това да се случи, изследователите изчакват Кеймбридж и Виена обаче разчитат на експерименталното потвърждение на ефекта, който са изследвали.

Публикация:

Peter Wirnsberger, Domagoj Fijan, Roger A. Lightwood, Andela Šarić, Christoph Dellago и Daan Frenkel: Числови доказателства за термично индуцирани монополи, в PNAS 2017 (онлайн от 24 април 2017 г.). DOI 10.1073/pnas.162149411.

Научен контакт: