Fraktálszerű anyagi formát fedeztek fel magyar kutatók

2025 / 02 / 20 / Bobák Zsófia
Fraktálszerű anyagi formát fedeztek fel magyar kutatók
A felfedezés során teljesen új anyagi kategóriát sikerült azonosítani a kutatóknak.

A Hun-Ren Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói, egy önállóan megvalósuló és egy, a Kent State Egyetem szakértőivel együttműködésben végzett projekt keretein belül az anyag egy új és különleges formáját fedezték fel, egy olyan anyagi formát, ami több szempontból is nagy meglepetést tartogatott a kutatók számára. A kísérletekben az úgynevezett ferroelektromos nematikus folyadékkristályokat vizsgálták: ezek egy régen megjósolt, de a gyakorlatban csak nemrégen bizonyított anyagi formát, illetve fázist képviselnek, amelyek háromdimenziós fluiditást és ezzel együtt magas szintű poláris rendezettséget mutatnak -magyarázzák a kutatók az Advanced Functional Materials folyóiratban megjelent tanulmányukban, hozzátéve, hogy a makroszkopikus polaritásnak köszönhetően az anyagból hiányzik az inverziós szimmetria, ami lehetőséget ad számos, eddig kevésbé feltérképezett piezoelektromos kapcsolási mód próbájára.

Az FNLC-ek (fluid ferroelectric nematic liquid crystals, ferroelektromos nematikus folyadékkristály) olyan folyadékok, melyek molekuláinak különleges irányrendezettsége óriási spontán elektromos polarizációt eredményez - írja a Hun-Ren Wigner FK.

“A ferroelektromos nematikus fázis különlegessége és ritkasága abban rejlik, hogy az alkotó molekulák úgy rendeződnek, hogy a molekulák elektromos töltésmegosztása nem átlagolódik ki, hanem összeadódik, így az anyagnak spontán elektromos polarizációja lesz.”

Az ilyen anyagokat hosszúkás, aszimmetrikus molekulák alkotják, melyek erősen polárosak, azaz a két végük ellentétes előjelű, pozitív és negatív elektromos töltésekkel jellemezhető. Az FNLC ezen fázispolaritása fantasztikusan széleskörű fizikai jellemzőkkel ruházza fel őket, amelyek többek között a fotonikai felhasználások előtt is megnyitják az utat.

A kutatók a ferroelektromos nematikus folyadékcseppek vizsgálata során a cseppeket elektromos hatásnak tették ki és megfigyelték, hogy azok elektromos mezőben egészen szokatlanul kezdenek viselkedni: a felületük instabillá válik, és bizarr nyúlványok alakulnak ki belőlük, amelyek fraktálszerűen rendeződnek. Ez azonban csak az első lépés volt, miután még nagyobb feszültséget kapcsoltak a folyadékcseppekre, a formájuk komplex, labirintusra emlékeztető struktúrává változott, sőt, váltófeszültség hatására egy bizonyos frekvenciatartományban a cseppek különböző alakokat felvéve mozogni kezdtek, ahhoz hasonlóan, mintha valamilyen miniatűr élőlények lennének. “A mozgás során a cseppek egymást taszítva részecskékként ütköznek, és olyan aktív objektumokra hasonlítanak, mint a rajzó rovarok, mikrobák vagy mikrorobotok.” - írja a Wigner FK.

Ezt a mozgást a megfigyelések szerint szabályozni is lehet, de ami még nagyobb meglepetésre adott okot, az a részecskék hangja volt, a mozgásukat ugyanis hangkibocsátás kísérte, ami jól hallható volt a kutatók számára. Ezt már a Kent State Egyetemmel való együttes munka során fedezték fel és az is kiderült, hogy mi áll a jelenség hátterében: a hanghatás piezoelektromos effektus következménye, ami különösképpen a 3-6 kHz-es tartományban éreztette hatását. A jelenség magyarázatát a hang spektrumának analízise segítette, ami arra utalt, hogy cseppek a váltófeszültség hatására mechanikai rezgésbe jönnek, aminek jellemző frekvenciái a meghajtójel frekvenciája, illetve annak kétszerese.

Ebben a kísérletben a világon elsőként mutatták ki az inverz piezoelektromosság jelenséget háromdimenziós folyadékokban.

Az effektus lényege, hogy a ferroelektromos nematikus folyadékra feszültséget kapcsolva, a feszültséggel egyenes arányban az anyag mechanikai elmozdulást mutat, elektromos töltések keletkeznek a felületén - magyarázza a Wigner FK - A kHz-es frekvenciatartományban a vizsgált anyag piezoelektromos csatolási állandója meghaladja az 1 nC/N értéket, ami azt jelenti, hogy egy newtonnyi erő hatására legalább 1 nanocoulomb töltés keletkezik. Ez az érték hasonló a legerősebb piezoelektromos szilárd anyagokéhoz, tehát a vizsgált anyag piezoelektromos tulajdonságai kiemelkedőek, még ha nem is szilárd halmazállapotú.

A kutatók elmondása szerint a különleges anyag, amit a kísérletek alatt sikerült megfigyelni, az anyag egy teljesen új osztályát jelenti, egy új állapotot, ami nem csak a tudományos megfigyelések szempontjából hozhat nagy újdonságokat, hanem a gyakorlati felhasználási köre is igen széles lehet, a folyadékaktuátorok, mikropozicionálók és elektromosan hangolható optikai lencsék kifejlesztésében is szerepet kaphatnak a jövőben.

(Fotó: Máthé, M.T., Farkas, B., Péter, L. et al. Electric field-induced interfacial instability in a ferroelectric nematic liquid crystal., Hun-Ren Wigner FK, Bing)


Továbbra is hódít a párját ritkító hungarikum, ami a jövő tudósait és művészeit adja a világnak
Továbbra is hódít a párját ritkító hungarikum, ami a jövő tudósait és művészeit adja a világnak
Az Országos Tudományos Diákköri Tanács (OTDT) által szervezett Országos Tudományos Diákköri Konferencia (OTDK) sok évtizedes hagyománya mára széles körű népszerűséget ért el, és fontos kiindulási pont lehet a hazai és határon túli tehetségek számára a jövőbeli karrierjük felé vezető úton. A 2025-ös, 37. konferencia előtt az OTDK céljáról és működéséről Prof. Dr. Szendrő Péter örökös elnök úrral és dr. Cziráki Szabinával, az OTDT titkárával beszélgettünk.
Lassabban öregszik, aki elég vizet iszik
Lassabban öregszik, aki elég vizet iszik
Akár 50%-kal növelheti a biológiai és valós életkor közötti különbséget az elégtelen vízbevitel. Milyen összefüggés áll fenn a test öregedése és a vízivás között és mennyit kell inni naponta?
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.