Nanoparticulele sunt încărcate de diferențele de temperatură - LABO ONLINE
Rochie caldă și rece
Nanoparticulele sunt „încărcate” de diferențele de temperatură
Particulele încărcate electric exercită forțe puternice de atracție sau respingere una asupra celeilalte. Cu ajutorul simulărilor pe computer, oamenii de știință de la universitățile din Cambridge și Viena, conduse de Christoph Dellago, au reușit acum să demonstreze că forțe foarte similare acționează chiar și între nanoparticulele neutre din punct de vedere electric, dacă sunt mai reci sau mai calde decât lichidul în care sunt dizolvate.
Corpurile pot transporta sarcini electrice de două tipuri - pozitive sau negative - care creează forțe între corpuri. Sarcinile de același tip se resping reciproc, în timp ce sarcinile cu semne diferite se atrag reciproc. Aceste așa-numite forțe electrostatice sunt puternice atunci când sarcinile sunt apropiate și apoi scad rapid cu creșterea distanței. În schimb, corpurile neutre din punct de vedere electric nu exercită forțe electrostatice unul asupra celuilalt.
Oamenii de știință de la universitățile din Cambridge și Viena au folosit acum simulări pe computer pentru a arăta că nanoparticulele dizolvate într-un lichid adecvat pot face să se comporte ca și cum ar fi purtate sarcini, chiar dacă sunt neutre din punct de vedere electric. Este suficient să încălziți sau să răciți particulele în comparație cu lichidul din jur. Cu cât diferența de temperatură este mai mare, cu atât forțele sunt mai puternice, care scad odată cu distanța, la fel și forțele dintre sarcinile electrice. Prin urmare, nanoparticulelor li se pot atribui sarcini efective, al căror semn depinde dacă particulele sunt răcite sau încălzite.
Compania pentru articol
Subiecte din articol
Acest efect uimitor poate apărea în așa-numiții solvenți polari, cum ar fi apa. În lichidele polare, moleculele au un moment dipol electric: sunt încărcate pozitiv pe o parte și încărcate negativ pe cealaltă, deși sunt neutre din punct de vedere electric. Când nanoparticulele dizolvate în lichidul polar sunt încălzite sau răcite, moleculele lichidului se aliniază în câmpul de temperatură inegală din jurul nanoparticulelor.
Articole pe această temă
Oja cu nanoparticule de metale prețioase
Magneți mici pentru stocarea viitoare a datelor
„Deoarece moleculele din lichidele polare au un moment dipol electric, alinierea moleculelor duce la un câmp electric care este identic cu cel al unei sarcini electrice și, prin urmare, cu forțe identice”, explică Christoph Dellago, fizician la Universitatea din Viena și unul dintre Autori ai studiului: În mod interesant, efectul apare și pentru nanoparticulele din fluidele magnetice, astfel încât particulele în acest caz poartă monopoluri magnetici eficienți, ceea ce ar fi un analog al monopolurilor magnetice elementare care nu au fost observate anterior.
Cercetătorii cooperării anglo-austriece au reușit să obțină noile lor descoperiri datorită simulărilor complexe pe computer pe care le-au efectuat pe computerul de înaltă performanță Vienna Scientific Cluster (VSC). Cu ajutorul unei noi metode dezvoltată de Peter Wirnsberger, absolvent al Universității din Viena și acum doctorand la Universitatea din Cambridge, cercetătorii au reușit să simuleze fenomenul complex de neechilibru pentru un sistem model format din mai mult de 10.000 de molecule și cele din cele încălzite sau răcite. Detectați în mod clar forțele exercitate de nanoparticule.
Semnificația practică a efectului descoperit nu poate fi încă evaluată pe deplin. „În viitor, totuși, interacțiunile induse termic ar putea fi folosite pentru a controla forțele dintre nanoparticule prin schimbări de temperatură controlate și astfel să influențeze structurile pe care le formează”, spune Christoph Dellago. Dar înainte ca acest lucru să se întâmple, cercetătorii așteaptă Cu toate acestea, Cambridge și Viena se bazează pe confirmarea experimentală a efectului pe care l-au investigat.
Publicare:
Peter Wirnsberger, Domagoj Fijan, Roger A. Lightwood, Andela Šarić, Christoph Dellago și Daan Frenkel: dovezi numerice pentru monopolurile induse termic, în PNAS 2017 (online din 24 aprilie 2017). DOI 10.1073/pnas.162149411.
Contact științific: