阿尔托大学
显示电铁磁流体显示的各种图案的照片和显微照片:仅在磁场中的平衡图案(左)和在电场和磁场组合下产生的非平衡图案(右)
荣誉:教授领导的活性物质研究小组
蒂莫宁/阿尔托大学 阿尔托大学的研究人员已经表明，纳米粒子悬浮液可以作为一个简单的模型，用于研究更复杂的非平衡系统(如活细胞)中模式和结构的形成
新系统不仅是研究图案化过程的有价值的工具，而且具有广泛的潜在技术应用
这种混合物由携带氧化铁纳米颗粒的油性液体组成，这些纳米颗粒在磁场中被磁化
在合适的条件下，在铁磁流体上施加电压会导致纳米粒子迁移，在混合物中形成浓度梯度
为了做到这一点，铁磁流体还必须包含docusate，一种蜡质化学物质，它可以通过流体携带电荷
研究人员发现，docusate的存在和铁磁流体两端的电压导致电荷分离，氧化铁纳米粒子带负电
阿尔托的博士后研究员卡洛·里戈尼说:“我们根本没想到会这样。”
“我们仍然不知道为什么会这样
事实上，我们甚至不知道，当添加docusate时，电荷是否已经分裂，或者电压一打开，电荷是否就分裂了
" 为了反映对电场的新敏感性，研究人员称这种流体为电铁磁流体，而不仅仅是铁磁流体
这种电响应导致纳米粒子迁移，并且纳米粒子浓度的差异改变了电铁磁流体的磁响应
结果，在电铁磁流体上施加磁场会改变纳米粒子的分布，精确的图案取决于磁场的强度和方向
换句话说，在外部磁场的微小变化的驱动下，纳米粒子的分布是不稳定的，从一种状态转移到另一种状态
电压和docusate的结合将流体从平衡系统转化为非平衡系统，该系统需要恒定的能量输入来维持其状态——一个耗散系统
这些意想不到的动力学使得铁磁流体在科学和潜在应用方面都特别有趣
铁磁流体自20世纪60年代被发现以来，引起了科学家、工程师和艺术家的关注
现在，我们已经找到了一种真正简便的方法，只需通过施加一个小电压来驱动流体脱离热力学平衡，就可以在运行中控制它们的磁性
这使得对技术应用的流体性质、图案形成的复杂性，甚至可能是新的艺术方法的控制达到了一个全新的水平，”指导这项研究的阿尔托实验凝聚态物理教授雅克·蒂莫宁说
里戈尼说:“耗散驱动是创造我们周围所有模式和结构的一般机制。”
“生活就是一个例子
生物体必须不断地将能量耗散到它们的有序状态，对于生态系统中的绝大多数模式和结构来说也是如此
" 里戈尼解释说，这一发现为试图理解耗散系统及其支撑的模式形成的研究人员提供了一个有价值的模型系统，无论是以生物还是复杂的非生物系统的形式
“大多数耗散系统都非常复杂
例如，很难将活体结构简化为一组简单的参数，来解释某些结构的出现，”里戈尼说
电压驱动的铁磁流体可用于研究向耗散系统的转变，并了解外部影响(如磁场)如何与系统相互作用以产生或改变结构
里戈尼说:“这可能会给我们一些提示，说明耗散结构是如何在更复杂的环境中产生的。”
除了在基础研究中的价值，这一发现还有潜在的实际应用
控制纳米粒子的图案和分布的能力在一系列技术中是有价值的，例如光学网格和电子墨水屏幕，并且非常低的功耗使得这种方法特别有吸引力
里戈尼说:“最初的研究主要是关于基础科学，但我们已经开始专注于应用。”
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