Nanočastice sa nabíjajú teplotnými rozdielmi - LABO ONLINE
Teplé a studené sa oblečte
Nanočastice sú „nabité“ teplotnými rozdielmi
Elektricky nabité častice na seba vyvíjajú silné atraktívne alebo odpudivé sily. Vedci z univerzít v Cambridgi a vo Viedni pod vedením Christopha Dellaga dokázali pomocou počítačových simulácií dokázať, že veľmi podobné sily pôsobia aj medzi elektricky neutrálnymi nanočasticami, ak sú chladnejšie alebo teplejšie ako kvapalina, v ktorej sú rozpustené.
Telá môžu prenášať elektrické náboje dvoch typov - kladného alebo záporného - ktoré vytvárajú sily medzi telami. Poplatky rovnakého typu sa navzájom odpudzujú, zatiaľ čo poplatky s rôznymi znakmi sa navzájom lákajú. Tieto takzvané elektrostatické sily sú silné, keď sú náboje blízke, a potom s rastúcou vzdialenosťou rýchlo klesajú. Naproti tomu elektricky neutrálne telesá na seba nevyvíjajú žiadne elektrostatické sily.
Vedci z univerzít v Cambridgi a vo Viedni teraz pomocou počítačových simulácií ukázali, že nanočastice rozpustené vo vhodnej kvapaline sa môžu správať tak, akoby niesli náboje, aj keď sú elektricky neutrálne. V porovnaní s okolitou kvapalinou stačí častice ohriať alebo ochladiť. Čím väčší je teplotný rozdiel, tým silnejšie sú sily, ktoré sa so vzdialenosťou zmenšujú, rovnako ako sily medzi elektrickými nábojmi. Nanočasticiam je preto možné priradiť efektívne náboje, ktorých znamenie závisí od toho, či sú častice ochladené alebo zahrievané.
Spoločnosť pre článok
Témy v článku
Tento úžasný účinok sa môže vyskytnúť v takzvaných polárnych rozpúšťadlách, ako je voda. V polárnych tekutinách nesú molekuly elektrický dipólový moment: sú nabité kladne na jednej strane a záporne nabité na druhej strane, hoci sú celkovo elektricky neutrálne. Keď sa nanočastice rozpustené v polárnej kvapaline zahrejú alebo ochladia, molekuly kvapaliny sa zoradia v nerovnomernom teplotnom poli okolo nanočastíc.
Články na túto tému
Lak na nechty s nanočasticami drahých kovov
Malé magnety pre budúce ukladanie dát
„Pretože molekuly v polárnych kvapalinách majú elektrický dipólový moment, usporiadanie molekúl vedie k elektrickému poľu, ktoré je identické s elektrickým nábojom, a teda s rovnakými silami,“ vysvetľuje Christoph Dellago, fyzik na viedenskej univerzite a jeden z Autori štúdie: Je zaujímavé, že účinok nastáva aj u nanočastíc v magnetických tekutinách, takže častice v tomto prípade nesú účinné magnetické monopoly, ktoré by boli analógom elementárnych magnetických monopolov, ktoré doteraz neboli pozorované.
Vedci anglo-rakúskej spolupráce mohli získať svoje nové vedomosti vďaka prepracovaným počítačovým simuláciám, ktoré uskutočňovali na vysoko výkonnom počítači Vienna Scientific Cluster (VSC). S pomocou novej metódy vyvinutej Peterom Wirnsbergerom, absolventom viedenskej univerzity a teraz doktorandom na univerzite v Cambridge, sa vedcom podarilo simulovať komplexný nerovnovážny jav pre modelový systém zložený z viac ako 10 000 molekúl a zahriatych alebo ochladených. Sily vyvíjané nanočasticami možno jasne demonštrovať.
Praktický význam zisteného účinku nie je možné ešte úplne vyhodnotiť. „V budúcnosti by sa však mohli tepelne indukované interakcie použiť na riadenie síl medzi nanočasticami prostredníctvom kontrolovaných teplotných zmien, a tým na ovplyvnenie štruktúr, ktoré tvoria,“ hovorí Christoph Dellago Cambridge a Viedeň sa však spoliehajú na experimentálne potvrdenie účinku, ktorý skúmali.
Publikácia:
Peter Wirnsberger, Domagoj Fijan, Roger A. Lightwood, Andela Šarić, Christoph Dellago a Daan Frenkel: Numerical Evidence for Thermally Induced Monopoles, in PNAS 2017 (online from 24. April 2017). DOI 10.1073/pnas.162149411.
Vedecký kontakt: