Ученые из Университета штата Массачусетс в Амхерсте выяснили, что добавление сильно намагниченных наночастиц в определенные комбинации жидкостей превращает их в субстанцию с "эффектом формы", которая не подвергается эмульсификации и восстанавливает свою форму даже при сильном взбалтывании.
"Меня заинтересовало то, как изменятся свойства смеси из жидкостей при добавлении в нее намагниченных частиц никеля, что в теории позволит создать жидкие материалы с интересными свойствами. Добавление частиц в смесь из жидкостей привело к тому, что внутри нее возникла структура, похожая по форме на амфору, которая не исчезала даже при сильном взбалтывании", – пояснил научный сотрудник университета Энтони Райх.
По словам Райха, он ожидал, что в подобной ситуации должно было произойти нечто обратное при корректном исполнении всех законов термодинамики. Добавление различных частиц в смесь из жидкостей должно вести к ослаблению сил поверхностного натяжения, мешающих этим материалам смешиваться друг с другом, в результате чего их взбалтывание должно приводить к перемешиванию жидкостей и образованию эмульсии.
Вместо этого добавление намагниченных наночастиц из никеля в смесь из воды и дихлорметана привело к образованию "жидкости с эффектом формы", сохранявшей структуру границы между ее компонентами даже при очень сильном и многократном взбалтывании. Для раскрытия механизма образования этой субстанции свойства "амфоры" изучили при помощи тензиометра, позволяющего определить силу поверхностного натяжения на границе между жидкостями.
Замеры показали, что сильно намагниченные частицы из никеля выстраивались в двумерные листы на границе между водой и дихлорметаном. Эти структуры были соединены с барьером между водой и дихлорметаном электростатическими силами, причем сила этой связи оказалась настолько высокой, что по сути была необратимой. Это ведет не к ослаблению, а к росту силы поверхностного натяжения, что защищает жидкости от перемешивания.
Добавление в смесь кремниевых наночастиц с отрицательным зарядом позволяет достичь обратного эффекта — создать эмульсию, которая остается стабильной на протяжении многих месяцев в результате сложных взаимодействий между наноструктурами из никеля и кремния. И то, и другое, как предполагают физиуи, можно использовать для создания новых материалов и методов управления поведением эмульсий и жидкостей.
