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纳米孔中的液晶产生令人惊讶的大负压

导读负压不仅控制宇宙或量子真空。这种现象虽然具有不同的性质,但也出现在限制在纳米孔中的液晶中。在克拉科夫的波兰科学院核物理研究所,已经

负压不仅控制宇宙或量子真空。这种现象虽然具有不同的性质,但也出现在限制在纳米孔中的液晶中。在克拉科夫的波兰科学院核物理研究所,已经提出了一种方法,它首次可以估算空间受限的液晶系统中的负压量。

乍一看,负压似乎是一种奇特的现象。事实上,它在自然界中很常见,而且在许多尺度上都会发生。在宇宙的尺度上,宇宙常数负责加速时空的扩展。在植物的世界中,吸引分子间力(不是:扩大的热运动)保证了水流到高于十米的所有树木的树梢。在量子尺度上,虚假真空的虚拟粒子的压力导致产生吸引力,例如出现在两个平行的金属板之间(着名的卡西米尔效应)。

“在纳米孔中限制的液晶中出现负压这一事实已为人所知。但是,不知道如何测量这种压力。虽然我们也不能直接这样做,但我们提出了一种方法,可以使这种压力可靠地估计,“波兰科学院核物理研究所(IFJ PAN)的Tomasz Rozwadowski博士说,他是”分子液体杂志“出版物的第一作者。

波兰物理学家研究了一种称为4CFPB的液晶,由1.67nm长分子组成,分子直径为0.46nm。在正常和高压条件下(高达约3000个大气压),在卡托维兹的西里西亚大学进行没有纳米孔的实验。反过来,在莱比锡大学(德国)检查了具有直径为6和8纳米的非交叉纳米孔的硅膜系统。纳米孔的几何形状意味着只有几个液晶分子彼此相邻的空间,长轴沿着通道的壁定位。

实验观察了液晶各种参数的变化(包括介电色散和吸收)。测量结果可以得出结论,压力的增加伴随着分子运动性的减慢。然而,纳米孔中液晶分子的通道越窄,它们移动得越快。数据还显示液晶分子的密度随着压力的增加而增加,而在纳米孔中则降低。液晶从液体各向同性相(分子在空间中混乱排列)传递到最简单的液晶相(向列型;分子仍然混乱排列,但它们的长轴位于其中的温度)也发生了变化。相同的方向),然后到玻璃状固相。随着压力增加,相变的温度增加。在纳米孔中 - 它们减少了。

“随着压力的增加,我们检测到的液晶的所有参数都与纳米孔中直径逐渐减小的变化相反。这表明纳米孔中的条件对应于减压。由于通道中的液晶分子试图拉伸他们的墙壁,好像他们正在扩张,我们可以谈论负压,相对于压缩墙壁的大气压力,“Rozwadowski博士说。

观察到的物理参数的变化使得第一次估计填充纳米孔的液晶中出现的负压值成为可能。事实证明(假设变化是线性的)纳米孔中的负压可以达到近-200个大气压。这比负责树木水运的负压大一个数量级。

“我们的研究本质上是基础,它提供了关于在不同直径的纳米孔中受限制的液晶中发生的现象的物理信息。然而,液晶具有许多应用,例如在显示器,光电子学和医学中,因此每个新的描述Rozwadowski博士强调,这些物质在这种特定的空间条件下如何在纳米尺度上表现可能带来实用信息。

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