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神奇物理现象:加热粒子使其冻结

2020年8月24日0:31 未解之谜网

人们都知道加热使物质融化,冷却使物质冻结。可是近期一份研究却通过加热粒子的方式,使粒子成为结晶状态,停止加热,粒子则“融化”散开。

在激光照射的条件下,胶体颗粒开始形成特殊的结晶态。(Caciagli et al., Phys Rev. Lett.)

英国剑桥大学的研究者用水、聚苯乙烯,以及外面裹着一层DNA的小油滴的混合物进行实验,了解这种混合物在激光加热下的效果。

油滴在水中是悬浮的状态,一旦受热,粒子将从温度高的区域向温度低的区域运动。受热后油滴被水分子包围的边界,分子将产生振动,趋向于向低温区域流动。这也就是马伦哥尼效应,不同粒子在温度变化下表面张力梯度而造成的传质现象。

物理学家卡西亚利(Alessio Caciagli)和同事在直径约20~30微米的油滴外面,裹上带有大量单链DNA的聚合物。再把这些油滴与直径约半微米的聚苯乙烯颗粒混合。在DNA的作用下,聚苯乙烯颗粒被吸附在油滴上。因此,这种混合物悬浮在水中的时候,是一种松散的胶状体。

于是奇特的现象发生了。

当实验人员用激光照射这种胶状体的时候,聚苯乙烯升温5摄氏度左右,与周围的水形成温差梯度。按照马伦哥尼效应,塑料颗粒将导致胶状体散开。

可是在DNA单链网络的作用下,聚苯乙烯颗粒却互相更加靠近,与油滴聚集在一起。结果这些胶体颗粒形成一种特殊的结晶态。要让它们“融化”,只需要关闭激光。

研究者表示,这项研究显示了利用光线控制粒子的应用前景,比如可以利用激光的光学特性造出“热磁”,吸附悬浮物。

这份研究近期发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

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