Хіміки з Університету Массачусетсу Амхерст виявили незвичайне явище під час експериментів із магнітними частинками, водою та органічним розчинником. У результаті змішування компонентів вони помітили, що замість утворення стабільної емульсії структура прийняла форму грецької урни.
“Я просто подумав: що це таке?” – згадує аспірант Ентоні Райх, який першим помітив це явище. Не отримавши одразу пояснення, він звернувся до професорів факультету полімерної науки та інженерії.
Аналіз показав, що наночастинки магнітного нікелю взаємодіяли із силами поверхневого натягу між водою та органічним розчинником. Це спричинило напругу, що призвела до формування унікальної форми, яку неможливо пояснити стандартними термодинамічними правилами.
Чому це важливо?
Зазвичай олія та вода не змішуються, а емульгатори, такі як лецитин, допомагають створювати стабільні емульсії. Один із способів стабілізації таких сумішей – використання Пікерингової емульсії, де тверді частинки формують межу між фазами.
Однак у випадку експерименту Райха наночастинки нікелю утворили тонкий двовимірний шар під поверхнею органічного розчинника, що суперечило типовим законам емульгування. Замість рівномірного розподілу магнітні частинки утворили сітчасту структуру, що змінила всю систему.
Дослідження під мікроскопом та комп’ютерне моделювання підтвердили, що взаємодія магнітних сил перешкоджає емульгуванню, змушуючи суміш приймати незвичну форму. Використовуючи магніт, вчені могли змінювати межі цієї форми, що відкриває нові перспективи для інженерії емульсій.
“Коли ми детально вивчили поведінку наночастинок, стало зрозуміло, що магнітні властивості значно впливають на їхню здатність до самоорганізації”, – пояснив професор полімерної науки Девід Гоагленд.
Перспективи дослідження
Хоча наразі це відкриття не має очевидних практичних застосувань, воно може знайти використання у створенні нових типів структурованих рідин та розробці передових технологій емульгування. Вчені також сподіваються, що подальші дослідження допоможуть знайти застосування цього ефекту в біомедицині, фармацевтиці або матеріалознавстві.
Це дослідження було опубліковано в журналі Nature Physics.