[ad_1]
Para peneliti di Universitas Aalto telah menunjukkan bahwa suspensi nanopartikel dapat berfungsi sebagai model sederhana untuk mempelajari pembentukan pola dan struktur dalam sistem non-kesetimbangan yang lebih rumit, seperti sel hidup. Sistem baru tidak hanya akan menjadi alat yang berharga untuk mempelajari proses pemolaan tetapi juga memiliki berbagai aplikasi teknologi potensial.
Campuran tersebut terdiri dari cairan berminyak yang membawa nanopartikel oksida besi, yang menjadi magnet dalam medan magnet. Di bawah kondisi yang tepat, menerapkan tegangan melintasi ferrofluid ini menyebabkan nanopartikel bermigrasi, membentuk gradien konsentrasi dalam campuran. Agar ini berfungsi, ferrofluid juga harus menyertakan docusate, bahan kimia berlilin yang dapat membawa muatan melalui cairan.
Foto dan mikrograf menunjukkan berbagai pola yang ditunjukkan oleh elektroferrofluida: pola kesetimbangan hanya dalam medan magnet (kiri) dan pola non-kesetimbangan yang dibuat di bawah kombinasi medan listrik dan magnet (kanan). Kredit gambar: Activ
Para peneliti menemukan bahwa kehadiran docusate dan tegangan melintasi ferrofluid mengakibatkan pemisahan muatan listrik, dengan nanopartikel oksida besi menjadi bermuatan negatif. ‘Kami tidak mengharapkan itu sama sekali,’ kata Carlo Rigoni, seorang peneliti postdoctoral di Aalto. ‘Kami masih tidak tahu mengapa itu terjadi. Faktanya, kami bahkan tidak tahu apakah muatan sudah terbelah ketika dokumen ditambahkan atau jika itu terjadi segera setelah voltase dihidupkan.’
Untuk mencerminkan kepekaan baru terhadap medan listrik, para peneliti menyebut cairan itu sebagai elektroferrofluida, bukan sekadar ferrofluida. Responsivitas listrik ini menyebabkan nanopartikel bermigrasi, dan perbedaan konsentrasi nanopartikel yang dihasilkan mengubah respon magnetik elektroferrofluida.
Akibatnya, menerapkan medan magnet di elektroferrofluid mengubah distribusi nanopartikel, dengan pola yang tepat tergantung pada kekuatan dan orientasi medan magnet. Dengan kata lain, distribusi nanopartikel tidak stabil, bergeser dari satu keadaan ke keadaan lain, didorong oleh perubahan kecil pada medan magnet luar. Kombinasi tegangan dan docusate mengubah fluida dari sistem ekuilibrium menjadi sistem nonequilibrium yang membutuhkan masukan energi konstan untuk mempertahankan keadaannya – sistem disipatif.
Dinamika tak terduga ini membuat elektroferrofluida sangat menarik baik secara ilmiah maupun dalam hal aplikasi potensial. ‘Ferrofluids telah menarik perhatian para ilmuwan, insinyur dan seniman sejak penemuan mereka pada tahun 1960-an. Sekarang, kami telah menemukan pendekatan yang benar-benar mudah untuk mengontrol sifat magnetiknya saat itu juga hanya dengan menerapkan tegangan kecil untuk mendorong cairan keluar dari kesetimbangan termodinamika. Hal ini memungkinkan tingkat kontrol yang sama sekali baru dari sifat fluida untuk aplikasi teknologi, kompleksitas dalam pembentukan pola, dan bahkan mungkin pendekatan artistik baru,’ kata Jaakko Timonen, seorang profesor fisika benda terkondensasi eksperimental di Aalto, yang mengawasi penelitian tersebut.
‘Mengemudi disipatif adalah mekanisme umum yang menciptakan pola dan struktur di sekitar kita,’ kata Rigoni. ‘Hidup adalah contoh. Organisme harus terus-menerus membuang energi ke keadaan teratur mereka, dan itu juga berlaku untuk sebagian besar pola dan struktur dalam ekosistem.’
Rigoni menjelaskan bahwa penemuan ini memberikan sistem model yang berharga bagi para peneliti yang mencoba memahami sistem disipatif dan pembentukan pola yang mereka dukung, baik dalam bentuk organisme hidup atau sistem non-hidup yang kompleks.
‘Kebanyakan sistem disipatif sangat kompleks. Misalnya, sangat sulit untuk mereduksi struktur hidup menjadi seperangkat parameter sederhana yang dapat menjelaskan munculnya struktur tertentu,’ kata Rigoni. Ferrofluid yang digerakkan oleh tegangan dapat digunakan untuk mempelajari transisi ke dalam sistem disipatif dan memahami bagaimana pengaruh eksternal, seperti medan magnet, berinteraksi dengan sistem untuk menghasilkan atau memodifikasi struktur. ‘Ini bisa memberi kita petunjuk tentang bagaimana struktur disipatif dalam konteks yang lebih kompleks dibuat,’ kata Rigoni.
Selain nilainya dalam penelitian fundamental, penemuan ini juga memiliki aplikasi praktis yang potensial. Kemampuan untuk mengontrol pola dan distribusi nanopartikel sangat berharga dalam berbagai teknologi, seperti jaringan optik dan layar e-ink, dan konsumsi daya yang sangat rendah membuat pendekatan ini sangat menarik. ‘Penelitian awal ini terutama tentang ilmu dasar, tetapi kami sudah mulai bekerja yang berfokus pada aplikasi,’ kata Rigoni.
Sumber: Universitas Aalto
[ad_2]
