News: Zur Salzsäule erstarrt?
Fest oder flüssig - alles nur eine Frage der Temperatur? Ein Blick auf die Entwicklung neuartiger Nanopartikel lehrt uns eines Besseren: Auch elektrische Felder können Stoffe "gefrieren" lassen.
© Ping Sheng (Ausschnitt)
Ob Vanilleeis, Rahmspinat oder der Gartenteich: Wenn etwas mehr oder weniger Flüssiges fest wird, steuert die Temperatur das zumeist. Spinat und Vanilleeis landen im Gefrierschrank, der Gartenteich erstarrt im winterlichen Frost, und in umgekehrter Weise schmilzt die Schokolade in der warmen Hand – so kennen wir das Fest-flüssig-Verhalten in unserem täglichen Leben.
Aber sollte es nicht möglich sein, den Zustand eines Stoffes durch andere Faktoren als die Temperatur zu beeinflussen? Die Antwort lautet ja, und wir begegnen diesem Phänomen – wenn auch meist unbemerkt. Denn auch Magnetfelder können den Zustand – fest oder flüssig – bestimmter Stoffe steuern; diese neue Technik hat bereits Einzug gehalten bei Heimtrainern und Stoßdämpfersystemen von Autos. Von großem Nachteil ist jedoch, dass die hierbei notwendigen Magnete relativ sperrig und unhandlich sind.
Deshalb begaben sich Forscher von der University of Science and Technology in Hong Kong auf die Suche nach Alternativen und betraten das Gebiet der Elektrizität: Was also das Gefrierfach für das Vanilleeis ist, das war das elektrische Feld bei den Experimenten von Ping Sheng und seinen Mitarbeitern.
Die Wissenschaftler beschichteten winzige titan- und bariumhaltige Kügelchen mit Harnstoff. Diese Nanopartikel schlemmten sie in Silikonöl zu einer Suspension auf und legten anschließend ein elektrisches Feld an. Hierdurch ordneten sich die Harnstoffmoleküle so an, dass jedes Kügelchen an einer Seite einen positiven Pol und auf der gegenüber liegenden Seite einen negativen Pol ausbildete. Und weil sich Gegensätze bekanntlich anziehen, in diesem Fall also Plus- und Minuspol, hefteten sich die Kügelchen parallel zum elektrischen Feld kettenartig aneinander – die Flüssigkeit erstarrte.
Dieses Festwerden ließ sich auch wieder umkehren; beide Vorgänge, das "Gefrieren" wie das "Schmelzen", liefen blitzschnell – in nur etwa einer Zehntelsekunde – ab.
Im Anschluss untersuchte das Forscherteam die Festigkeit des neuen Materials. Dabei wurde mit wachsendem elektrischen Feld der Stoff immer fester, bis er die Konsistenz von hartem Gummi aufwies. Zum Vergleich: Bisher erreichten solche elektrisch kontrollierbaren Flüssigkeiten nur den Härtegrad von Tofu.
Diese Eigenschaft macht die neu entwickelten Nanopartikel sehr interessant für verschiedene technische Anwendungen. Denn sie ermöglicht die Übersetzung von elektrischen Signalen in mechanische – eine vielversprechende Perspektive für die Entwicklung von Ventilen, Kupplungen und Stoßdämpfern.
Aber sollte es nicht möglich sein, den Zustand eines Stoffes durch andere Faktoren als die Temperatur zu beeinflussen? Die Antwort lautet ja, und wir begegnen diesem Phänomen – wenn auch meist unbemerkt. Denn auch Magnetfelder können den Zustand – fest oder flüssig – bestimmter Stoffe steuern; diese neue Technik hat bereits Einzug gehalten bei Heimtrainern und Stoßdämpfersystemen von Autos. Von großem Nachteil ist jedoch, dass die hierbei notwendigen Magnete relativ sperrig und unhandlich sind.
Deshalb begaben sich Forscher von der University of Science and Technology in Hong Kong auf die Suche nach Alternativen und betraten das Gebiet der Elektrizität: Was also das Gefrierfach für das Vanilleeis ist, das war das elektrische Feld bei den Experimenten von Ping Sheng und seinen Mitarbeitern.
Die Wissenschaftler beschichteten winzige titan- und bariumhaltige Kügelchen mit Harnstoff. Diese Nanopartikel schlemmten sie in Silikonöl zu einer Suspension auf und legten anschließend ein elektrisches Feld an. Hierdurch ordneten sich die Harnstoffmoleküle so an, dass jedes Kügelchen an einer Seite einen positiven Pol und auf der gegenüber liegenden Seite einen negativen Pol ausbildete. Und weil sich Gegensätze bekanntlich anziehen, in diesem Fall also Plus- und Minuspol, hefteten sich die Kügelchen parallel zum elektrischen Feld kettenartig aneinander – die Flüssigkeit erstarrte.
Dieses Festwerden ließ sich auch wieder umkehren; beide Vorgänge, das "Gefrieren" wie das "Schmelzen", liefen blitzschnell – in nur etwa einer Zehntelsekunde – ab.
Im Anschluss untersuchte das Forscherteam die Festigkeit des neuen Materials. Dabei wurde mit wachsendem elektrischen Feld der Stoff immer fester, bis er die Konsistenz von hartem Gummi aufwies. Zum Vergleich: Bisher erreichten solche elektrisch kontrollierbaren Flüssigkeiten nur den Härtegrad von Tofu.
Diese Eigenschaft macht die neu entwickelten Nanopartikel sehr interessant für verschiedene technische Anwendungen. Denn sie ermöglicht die Übersetzung von elektrischen Signalen in mechanische – eine vielversprechende Perspektive für die Entwicklung von Ventilen, Kupplungen und Stoßdämpfern.
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