Magyar kutatók felfedeztek egy új anyagállapotot, amely forradalmasíthatja a tudományos világot – írja a mínuszos.hu.
A Wigner Fizikai Kutatóközpont tudósai egy izgalmas felfedezést tettek: az anyag egy eddig ismeretlen állapotát, amelyben a folyadékcseppek elektromos mező hatására dinamikusan mozognak, és kölcsönhatásba lépnek egymással. Ez a felfedezés új perspektívákat kínál a precíziós technológia fejlődésében, és új lehetőségeket teremt a jövő innovatív alkalmazásai számára.
A folyadékok egy nemrég felfedezett különleges fajtáját, a ferroelektromos nematikus folyadékkristályokat vizsgálták a Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói, Salamon Péter és Máthé Marcell Tibor. A kutatók megfigyelték, hogy a ferroelektromos nematikus folyadékcseppek felülete elektromos mezőben instabillá válik, és fraktálszerű folyadéknyúlványok alakulnak ki.
A kutatás során érdekfeszítő megfigyeléseket tettek a tudósok: amikor a folyadékcseppekre magasabb feszültséget alkalmaztak, azok nem csupán megváltoztatták formájukat, hanem bonyolult, labirintusra emlékeztető struktúrákat kezdtek kialakítani. Ezen túlmenően, a váltófeszültség egy specifikus frekvenciatartományban való alkalmazása során a cseppek különféle alakokat öltöttek, és mozgásba lendültek. E mozgás során a cseppek egymást taszítva, részecskékként ütköztek, hasonlítva a rajzó rovarok, mikrobák vagy mikrorobotok dinamikájához. A kutatók rájöttek arra is, hogy a feszültség segítségével szabályozni tudják a cseppek mozgását, ami új lehetőségeket nyithat meg a mikrofluidikai eszközök fejlesztésében. E felfedezés tehát nem csupán elméleti érdekesség, hanem számos gyakorlati alkalmazásra is lehetőséget ad, például az orvosi diagnosztikában, kémiai elemzésekben és a biotechnológiai innovációkban.
A kutatók észrevették, hogy a megfigyelt mozgást hangkibocsátás kíséri. Ez a meglepő jelenség a hang spektrumának elemzésével nyer magyarázatot, amely rámutatott arra, hogy a cseppek a váltófeszültség hatására mechanikai rezgésbe lépnek. Ennek a rezgésnek a jellemző frekvenciái megfelelnek a meghajtójel frekvenciájának, illetve annak duplájának.
A Kent State University kutatóival együttműködve Jákli Antal professzor a ferroelektromos nematikus folyadékkristályok izgalmas világát tanulmányozta. E kutatás során a tudósok világszerte elsőként igazolták az inverz piezoelektromosság jelenségét háromdimenziós folyadékokban. Ennek a jelenségnek a lényege, hogy amikor feszültséget alkalmazunk a ferroelektromos nematikus folyadékra, az anyag mechanikai elmozdulása arányos lesz a ráható feszültséggel. Ezen kívül, ha mechanikai deformáció éri az anyagot, akkor elektromos töltések keletkeznek a felületén, ami a jelenség visszafelé való működését bizonyítja. A kutatás során a kHz-es frekvenciatartományban a vizsgált anyag piezoelektromos csatolási állandója meghaladja az 1 nC/N értéket. Ez annyit jelent, hogy egy newtonnyi erő hatására legalább 1 nanocoulombnyi töltés keletkezik. Ez az érték párhuzamba állítható a legerősebb piezoelektromos szilárd anyagok teljesítményével, ami kiemeli a vizsgált anyag figyelemreméltó piezoelektromos tulajdonságait, még annak ellenére is, hogy nem szilárd halmazállapotú.
A ferroelektromos nematikus folyadékkristályok elektromechanikai válaszainak mélyebb megértése lehetőséget teremt a mechanikai energia hatékony kinyerésére. Ez új perspektívákat nyit a folyadékaktuátorok, mikropozicionálók és elektromosan hangolható optikai lencsék innovatív fejlesztése számára.
