Gire un carrusel lo suficientemente rápido y los jinetes vuelan en todas las direcciones. Pero las partículas que giran en el laboratorio de la Universidad de Rice hacen exactamente lo contrario.
Los experimentos en el laboratorio Rice de la ingeniera química Sibani Lisa Biswal muestran esferas del tamaño de micras que se unen bajo la influencia de un campo magnético que gira rápidamente. Eso no es sorprendente porque las partículas en sí mismas están magnetizadas.
Pero la forma en que se unen es de interés ya que las partículas se juntan primero en un grupo agregado desorganizado y luego en un régimen de cristal a medida que el campo magnético se vuelve más fuerte.
Aparecen los resultados del trabajo dirigido por Biswal y la estudiante graduada Elaa Hilou Materiales de revisión física . Los investigadores esperan que sirva de inspiración para observar, modelar y crear materiales bidimensionales novedosos como catalizadores sintonizables o coloides que pueden cambiar su área de superficie a pedido.
Los experimentos revelaron límites, formas, transiciones de fase y la creación y resolución de defectos cristalinos, ya que entre 300 y 1,500 esferas magnetizadas siguieron sus impulsos energéticos bajo la influencia del campo en movimiento.
"He estado presentando esto como una versión miniaturizada de un spinner intranquilo en el que usamos el campo magnético para generar una interacción isotrópica alrededor de las partículas", dijo Biswal. "Podemos crear conjuntos de partículas que están muy apretados por elfuerza de esa interacción "
Eso interesó a Biswal y Hilou, pero no tanto como lo que vieron pasar alrededor de los bordes, donde la tensión de la línea formada por las partículas más externas determinó la forma final de las matrices.
"Piensa en una burbuja de jabón", dijo Biswal. "Siempre forma una esfera, incluso cuando tratas de deformarla. Eso es porque la tensión superficial quiere minimizar su área superficial. Es lo mismo para nuestro sistema, pero en dos dimensionesLas interacciones siempre intentan minimizar lo que llamamos la tensión de la línea.
"Elaa encuentra la interfaz de Gibbs y mide la energía en esa interfaz donde pasa de muchas partículas de grosor a intensidades de campo magnético bajas a casi una partícula de grosor al cambiar la intensidad de la interacción", dijo.mucho análisis de la tensión de la línea y cómo se relaciona con la energía del sistema "
El siguiente paso es crear modelos físicos y móviles para sistemas reales para ver cómo reaccionan los componentes cuando se perturban. "Hay mucho interés en tratar de crear modelos para sistemas atómicos y moleculares", dijo Biswal. "La mayor parte de eso tienese realizó mediante simulaciones computacionales, pero aquí tenemos un sistema experimental que puede realizar estructuras y procesos como la fusión ".
"Por ejemplo, en catálisis, si desea aumentar el área de superficie, desea más vacíos para facilitar el contacto entre un catalizador y una reacción", dijo Hilou. "Al aumentar la concentración y controlar el campo, podemoscomenzar a ver huecos y controlar la interfaz en relación con el volumen ".
La técnica podría modelar emulsiones, dijo. "Digamos que tiene aceite y agua y desea separarlos por fases", dijo Hilou. "En el caso de los cosméticos y la industria alimentaria, desea que las emulsiones sean estables".Queremos poder imitar su dinámica controlando el tamaño de partícula y la intensidad del campo ".
Biswal dijo que la técnica también podría usarse para modelar sistemas en los que la temperatura, en lugar del electromagnetismo, es el conductor. En campos como la metalurgia, los defectos se eliminan "al aumentar la temperatura para dar a las moléculas más libertad para mover los límites y huecos de los granos", dijo." Luego disminuyen la temperatura para bloquear las estructuras.
"Lo que tenemos es un dial que no solo imita los efectos de la temperatura con un campo magnético, sino que también ofrece la capacidad de mirar a través de un microscopio lo que sucede en un sistema real", dijo Biswal.
El ex alumno graduado de Rice Di Du, ahora analista estadístico de investigación en el Centro de Cáncer MD Anderson de la Universidad de Texas, y el estudiante graduado Steve Kuei son coautores del artículo. La National Science Foundation apoyó la investigación
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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