根據一篇基於他的工作的新論文的作者的說法，一名在實驗室裡擺弄流體和磁性材料的學生可能意外地發現了熱力學定律的“例外”。結果是一種奇怪的“恢復形狀的液體”，無論搖動多少，它都會形成希臘甕的形狀。
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某些液體不想一起發揮作用：舉個簡單的例子，油和水。如果將這兩種經典液體放在一起並嘗試混合，密度較小的油會浮在上面。這是兩種流體內結合的結果。
在（H20),分子的氧末端有部分負電荷，氫端帶有部分正電荷。結果是分子鬆散地相互吸引，形成（在適當的溫度下）我們最喜歡的液體。同時，油沒有這些帶電的極性末端。結果是油不被水吸引，並且不想與水混合，因為這樣做就必須破壞一些油。水的氫鍵。
然而，可以通過使用表面活性劑使油和水混合。
“當洗滌劑分子接觸非極性化合物（例如油）時，它的非極性端會在油的非極性分子之間滑動，”夏威夷大學探索我們的流體地球解釋。 “雖然它的非極性端被油吸引，但它的帶電端朝外並吸引水分子。當許多清潔劑分子附著在非極性油滴上時，它們將其包圍並形成清潔劑包圍的油滴。然後這些油滴很容易被帶入水溶液中。”
當然，不僅僅是肥皂是表面活性劑。例如，在蛋黃醬中，表面活性劑是來自蛋黃醬的卵磷脂。蛋黃。
“想像一下你最喜歡的意大利沙拉醬，”麻省大學阿默斯特分校聚合物科學與工程系傑出教授托馬斯·拉塞爾 (Thomas Russell) 是這篇新論文的資深作者之一，他在一篇文章中解釋道。陳述。 “它由油、水和香料組成，在將其倒入沙拉之前，先搖勻，使所有成分混合。”
在這個例子中，表面活性劑是香料，它允許兩種物質暫時混合。該過程被稱為，並由熱力學定律很好地描述。
這就是有趣的地方。麻省大學阿默斯特分校的研究生 Anthony Raykh 正在嘗試不同的非混合液體。在此期間，他選擇使用磁化鎳顆粒，“因為當流體含有磁性顆粒時，你可以設計出各種具有有用特性的有趣材料，”雷赫說。然後，他猛烈地搖晃液體，“完全出乎意料的是，混合物形成了這個美麗、原始的甕形狀。”
無論雷赫如何搖晃混合物，液體總是會回到這種奇怪的結構。
“我想‘這是什麼東西？’因此，我在高分子科學與工程系的大廳裡走來走去，敲開教授們的門，詢問他們是否知道發生了什麼事，”Raykh 解釋道。
沒有一位教授知道發生了什麼，但兩位教授對此很感興趣，並聯繫塔夫茨大學和雪城大學的同事進行模擬。
“當你看到一些不可能的事情時，你必須進行調查，”拉塞爾說。
簡而言之，為什麼如此有趣是表面活性劑應該讓兩種液體混合。根據熱力學定律（我們在這所房子裡服從）液體應該是混合物，而不是處於最低能量狀態的沙漏形狀。
仔細觀察相互作用，研究小組發現磁化鎳實際上增加了兩者之間的張力，而不是像往常一樣減少它。
麻省大學阿默斯特分校聚合物科學與工程教授 David Hoagland 解釋說：“當你仔細觀察形成水和油之間邊界的磁化鎳單個納米顆粒時，你可以獲得關於不同形式如何組裝的極其詳細的信息。在這種情況下，顆粒被磁化得足夠強，以至於它們的組裝會干擾熱力學定律所描述的乳化過程。”
據該團隊稱，它所形成的奇怪形狀是由容器本身決定的。
研究小組在論文中解釋說：“界面活性磁性顆粒不是促進乳化，而是完全消除乳化，這是由於面內磁性顆粒相互作用對液體界面施加的長期不均勻性造成的。這些相互作用的能量很大，具有吸引力和方向性（取決於顆粒間的方向），因此穩定作用與界面張力的增加同時發生。”
“磁相互作用中的偶極各向異性形成了一個線狀顆粒表面網絡，其開口足夠大，可以在接觸的液滴之間輕鬆進行液體轉移。從而，這些顆粒促進了結構化液體界面的平衡和再平衡，正如圓柱形容器中形成的甕形相所證明的那樣。只有液體表面和容器壁的潤濕條件會影響形狀。”
這一發現目前還沒有任何應用，儘管雷赫希望能夠研究這種前所未見的狀態並進一步研究軟物質物理學。
該研究發表於自然物理學。
