让液体呈现出现六边形结构

通过破坏液体的热力学平衡，物理学家使它们在实验室里的表现与自然行为截然不同——哄骗液体成直边的正方形和六边形，以及格子的模式。

让液体呈现出现六边形结构

这不仅仅是迷人的，而且可以帮助我们更好地理解液体在不同条件下的行为——对从物理学到医学研究等一系列领域都有好处。

芬兰阿尔托大学的物理学家Jaakko Timonen说："处于平衡状态的事物往往是相当无聊的。推动系统脱离平衡状态，看看非平衡结构是否可以被控制或有用，这很吸引人。生物生命本身就是一个很好的例子，它是一群脱离热力学平衡的分子，具备真正复杂的行为。"

热力学平衡随处可见，甚至我们没有意识到这一点。这种现象使你的冷牛奶能够均匀地混合在你的热咖啡中，因为两种液体的温度--因此分子中的动能--是均匀的。

但是，当热力学平衡被破坏时，有趣的事情就会发生，例如自发出现的有序状态。这对科学家和工程师来说是很有意义的。

由阿尔托物理学家Geet Raju领导的研究小组，设计了一个实验来探索这个问题。他们将两种具有不同电导率和相对允差的液体，即油，置于两个平坦的非湿润表面之间，以诱发一个准二维的平面。然后，他们施加电场。

阿尔托大学的物理学家Nikos Kyriakopoulos说："当我们在混合物上打开一个电场时，电荷在油的界面上积累。"这种电荷密度将界面从热力学平衡中剪切出来，并形成有趣的形态。

在自然界中，液体是弯曲的。在没有容器的情况下，它们会形成丰满、圆润的小液滴，被其表面张力所束缚，将它们包含在尽可能小的表面积中。在实验中，它们被诱导着排列成自然界中的液体从未出现过的模式。

这些包括上述的直边几何形状，以及相互连接的格子。该小组还创造了自然界中一般不会出现的环形(甜甜圈形状)，因为液体倾向于填充中间的洞，还有长丝网络。他们甚至看到了围绕一个轴线旋转的丝状物。

Raju说："所有这些奇怪的形状都是由以下事实引起和维持的，即它们被界面上积聚的电荷的运动所阻止，无法塌陷回到平衡状态。”

研究人员说，控制通过应用微调电场产生的形状的能力具有广泛的、非常令人兴奋的应用。

例如，可被用来在更大的结构中的特定位置组装物体，以及用于液体自组装。旋转的丝状物对粒子物理学有影响。最后，但肯定不是最不重要的，是在光学方面的潜力。

"这里研究的双相系统为光学设备提供了令人兴奋的可能性，因为对液-液界面和带电场的流体结构有特殊控制。这将立即导致技术上相关的电压控制的非平衡光学扩散器和基于光子晶体和玻璃的结构色彩，通过控制这里展示的各种流体结构的形成、相互作用和自组装。"

该研究已发表在《科学进展》上。

https://www.sciencealert.com/physicists-have-made-liquid-droplets-dance-in-funky-squares-and-hexagons

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