Нанотехнологии - УрФО

Перейти на основной сайт
ИА ИНВУР Логотип Инновационного портала УрФО
Вы здесь: Главная // Аналитика

Ученые выявили неожиданные свойства у самых обычных жидкостей

Добавлено: 2013-12-19, просмотров: 743



Схематическое изображение частицы бипирамидальной формы. Цветом отражена плотность энергии. Схематическое изображение частицы бипирамидальной формы. Цветом отражена плотность энергии.

При нажатии на поверхность обычной воды вы никак не ожидаете, что жидкость поведет себя, как твердое тело, и «отпрыгнет» обратно. Однако примерно такой эффект в своей последней работе наблюдала группа ученых из США, исследовавшая смесь воды с более вязкой жидкостью с помощью нанообъекта, вибрирующего с частотой порядка 20 ГГц.

В рамках своего эксперимента они погружали в жидкость наночастицы золота и обнаружили, что упругость этой жидкости зависит от частоты вибрации.

Эта так называемая вязкоупругость была ранее обнаружена в более сложных жидкостях, к примеру, у смеси воды и кукурузного крахмала. Однако для простых жидкостей такое изменение характеристик до сих пор наблюдалось лишь с очень ограниченным числом тонких образцов.

Полученные учеными результаты дают подтверждение наличия у всех жидкостей вязкоупругих свойств, ожидаемого уже более века. Кроме того, полученные данные в будущем могут улучшить понимание взаимодействия наночастиц с жидкостями на наноуровне.

При попадании объекта в воду, молекулы жидкости перестраиваются в поток вокруг него. Но если переместить этот объект достаточно быстро, молекулы, вместо перестроения, будут вести себя, как упругая пружина (сжимаясь и разжимаясь при взаимодействии с посторонним объектом).

В сложных жидкостях, таких как смесь кукурузного крахмала и воды, эти «неньютоновские» явления становятся базой для очень интересных демонстраций в кабинетах физики. Надо отметить, что подобные вязкоупругие свойства ученые наблюдали и в обычных жидкостях, правда, до сих пор их удавалось увидеть только в тонких пленках между двумя скользящими поверхностями.

Для наблюдения вязкоупругих свойств у обычных жидкостей в более широком диапазоне условий группа ученых из University of Melbourne и California Institute of Technology (США) использовала методику, ранее использовавшуюся для изучения потерь энергии в вибрирующих наночастицах.

Для своей работы команда помещала в растворы с разной вязкостью наночастицы золота бипирамидальной формы длиной порядка 100 нм. Растворы на эксперименте состояли из воды, смешанной с глицерином (обладающим достаточно высокой вязкостью) в различной пропорции.

Вибрация нужной частоты сообщалась наночастицам при помощи короткого лазерного импульса. При помощи второго, более слабого импульса, следовавшего с небольшой задержкой после первого, ученые отслеживали частоту колебаний наночастиц (по их поглощению света).

В ходе эксперимента было выявлено, что частота колебаний наночастиц при одинаковом воздействии увеличивается с ростом процентной доли глицерина в жидкости. Этот результат оказался достаточно неожиданным, поскольку увеличение вязкости должно наоборот, замедлить движение и привести к снижению частоты колебаний. Вместо этого наблюдалось противоположное поведение, которое, как выяснилось, согласуется с моделью, учитывающей вязкоупругие свойства жидкости (вместо классической ньютоновской модели).

Согласно этой модели (модели вязкоупругой жидкости), с увеличением вязкости она в большей степени начинает действовать, как пружина, отталкивая объект назад при деформации.

Надо отметить, что уже более века исследователи подозревали наличие вязкоупругих свойств во всех типах жидкостей, но не имели технологий, с помощью которых можно было бы проверить это утверждение на практике. Так что представленный эксперимент стал ответом на вопрос, существовавший более века.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Источники:

1. physics.aps.org

2. sci-lib.com