Das subventrikuläre Tegmentum fördert das Erleben guter Erfahrungen bzw. die Motivation und verhindert übermäßige Angst bei schlechten Erfahrungen.Weiterlesen
Forscher des HUN-REN Wigner Forschungszentrums für Physik haben einen neuen Zustand der Materie entdeckt, in dem sich Flüssigkeitströpfchen als interagierende Teilchen verhalten, die sich aktiv in Reaktion auf ein elektrisches Feld bewegen. Ihre Ergebnisse eröffnen neue Wege in der Welt der Präzisionstechnik, so das Forschungsinstitut in einer Mitteilung.
Eine kürzlich entdeckte besondere Art von Flüssigkeit, ferroelektrische nematische Flüssigkristalle, wurde von Péter Salamon und Marcell Tibor Máthé vom HUN-REN Wigner Forschungszentrum für Physik untersucht. Die Forscher beobachteten, dass die Oberfläche ferroelektrischer nematischer Flüssigkeitströpfchen in einem elektrischen Feld instabil wird und sich fraktalartige Flüssigkeitsausdehnungen bilden.
Die Besonderheit und Seltenheit der ferroelektrischen nematischen Phase liegt darin, dass die konstituierenden Moleküle so angeordnet sind, dass sich die elektrische Ladungsverteilung der Moleküle nicht mittelt, sondern addiert, so dass das Material eine spontane elektrische Polarisation aufweist. Obwohl die Analogie nicht perfekt ist, kann man sich ferroelektrische nematische Flüssigkeiten als elektrische Versionen magnetischer Flüssigkeiten (Ferrofluide) vorstellen. Ihre Existenz wird seit mehr als hundert Jahren vermutet, doch erst 2017 wurde ein solches Material zum ersten Mal synthetisiert.
Die Forscher fanden heraus, dass sich die Flüssigkeitströpfchen noch extremer verhielten, wenn mehr Spannung auf sie einwirkte.
Sie verloren ihre Tröpfchenform und bildeten eine verschlungene Struktur, die einem Labyrinth ähnelte. Die Forscher zeigten auch, dass sich die Tröpfchen beim Anlegen einer Wechselspannung in einem bestimmten Frequenzbereich zu bewegen begannen und dabei unterschiedliche Formen annahmen. Bei ihrer Bewegung stoßen die Tröpfchen als sich gegenseitig abstoßende Partikel zusammen und ähneln so aktiven Objekten wie schwärmenden Insekten, Mikroben oder Mikrorobotern. Die Forscher waren auch in der Lage, die Bewegung der Tröpfchen durch Anlegen einer Spannung zu steuern, so dass das Phänomen auf neuartige mikrofluidische Geräte angewendet werden könnte.
Diese Entdeckung könnte praktische Anwendungen in der medizinischen Diagnostik, der chemischen Analyse und der Biotechnologie ermöglichen.
Die Forscher beobachteten auch, dass diese Bewegung von Schallemissionen begleitet wird. Dieses überraschende Phänomen wurde durch eine Analyse des Klangspektrums erklärt, die darauf hindeutet, dass die Tröpfchen durch eine Wechselspannung in mechanische Schwingungen versetzt werden, deren Frequenzen typischerweise gleich oder doppelt so hoch sind wie die Frequenz des Antriebssignals. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications.
Feststehende (i-iii) und bewegte (iv-vi) ferroelektrische nematische Tröpfchen im elektrischen Feld (Grafik: Hun Ren)
Ferner wurden ferroelektrische nematische Flüssigkristalle in Zusammenarbeit mit Forschern der Kent State University (USA) und Professor Antal Jákli untersucht.
Die Zusammenarbeit ist weltweit die erste, die das Phänomen der inversen Piezoelektrizität in dreidimensionalen Flüssigkeiten demonstriert.
Wenn eine Spannung an eine ferroelektrische nematische Flüssigkeit angelegt wird, weist das Material eine mechanische Verschiebung auf, die direkt proportional zur Spannung ist. Das Phänomen funktioniert auch in umgekehrter Richtung, wenn die mechanische Verformung elektrische Ladungen auf der Oberfläche erzeugt. Im kHz-Frequenzbereich übersteigt die piezoelektrische Kopplungskonstante des untersuchten Materials 1 nC/N, was bedeutet, dass ein Newton Kraft mindestens 1 Nanocoulomb an Ladung erzeugt. Dieser Wert ähnelt dem der stärksten piezoelektrischen Festkörper, so dass die piezoelektrischen Eigenschaften des untersuchten Materials hervorragend sind, obwohl es sich nicht um einen Festkörper handelt.
Das Verständnis der elektromechanischen Reaktion ferroelektrischer nematischer Flüssigkristalle wird die Gewinnung mechanischer Energie ermöglichen und neue Wege für die Entwicklung von Flüssigkeitsaktoren, Mikropositionierern und elektrisch abstimmbaren optischen Linsen eröffnen. Die Forscher haben ihre Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht.
Das subventrikuläre Tegmentum fördert das Erleben guter Erfahrungen bzw. die Motivation und verhindert übermäßige Angst bei schlechten Erfahrungen.Weiterlesen
via hun-ren.hu, Beitragsbild: pixabay