Aalto-yliopiston fyysikot ovat onnistuneet pakottamaan nesteitä muun muassa neliön muotoon.
Luonnossa tällainen muoto olisi mahdoton, mutta tutkijat ohjasivat kokeissa öljyseoksia sähkökentän avulla, mikä sai ne muovautumaan monenlaisiksi erikoisiksi rakenteiksi.
Hallitut, monimutkaiset rakenteet voidaan myös kytkeä sähköjännitteen avulla päälle ja pois.
Professori Jaakko Timosen Active Matter -ryhmän tutkimustulokset on julkaistu Science Advances -lehdessä.
Tietoa tulevaisuuden materiaalien suunnitteluun
Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, mitä tapahtuu, kun niin sanottu termodynaaminen tasapaino häiriintyy. Epätasapainoisista järjestelmistä voi olla hyötyä tulevaisuuden materiaalien suunnittelussa.
Termodynaamisella tasapainolla tarkoitetaan sitä, että kun kaksi ainetta tuodaan yhteen, ne asettuvat vakaaseen tilaan. Esimerkiksi öljy kelluu veden päällä, ja maito sekoittuu tasaisesti kahviin.
Tutkijat käyttivät kokeissa öljy-yhdistelmiä, joilla oli erilaiset sähkönjohtavuudet ja eristeominaisuudet.
Kun seosten läpi aktivoitiin sähkökenttä, öljyjen rajapintaan muodostui sähkövaraus. Varaus pakotti rajapinnan pois termodynaamisesta tasapainosta, minkä tuloksena erilaiset muodostelmat syntyivät.
Myös kuusikulmioita, ristikkoja ja donitseja
Sähkökentän häiritsemisen lisäksi tutkijat eristivät nesteet ohueksi, näennäisen kaksiulotteiseksi levyksi.
Tämä johti siihen, että öljyt muokkautuivat erilaisiksi pisaroiksi, jotka saatiin järjestymään suorasivuisiksi neliöiksi ja kuusikulmioiksi.
Öljyistä onnistuttiin muodostamaan myös toisiinsa liittyviä hiloja eli ristikkokuvioita, joita ilmenee säännöllisesti kiinteissä aineissa mutta jotka ovat ennenkuulumattomia nestemäisissä seoksissa.
Nesteet muodostivat jopa tooruksen eli geometrisen muodon, joka muistuttaa donitsia. Donitsi oli vakaa ja piti muotonsa. Luonnossa nesteillä on vahva taipumus romahtaa ja täyttää keskellä oleva aukko.
Lisäksi nesteet saattoivat muodostaa säikeitä, jotka kiertyvät ja pyörivät keskuksen ympärillä.
Kohti sähköjännitteellä ohjattuja laitteita
Tutkijoiden mukaan tulevaisuudessa voidaan luoda myös vuorovaikutteisia mikropisaroiden ja pyörivien mikrofilamenttien populaatioita, jotka jäljittelevät bakteerien, mikrolevien ja muiden mikro-organismien dynamiikkaa ja kollektiivista käyttäytymistä.
Tutkijat pyrkivät jatkossa rakentamaan myös sähköjännitteellä ohjattuja optisia komponentteja ja laitteita.
(Kuva Jaakko Timosen tutkimusryhmä) Öljyseokset taipuivat sähkökentän avulla monenlaisiin erikoisiin muotoihin ja kokoonpanoihin.
