Aktives Material von mikroskopisch kleinen Spinn Teilchen erzeugt aus

Diese so genannten aktiven Materialien enthalten kleine magnetische Partikel, die Selbstorganisation in kurze Ketten von Teilchen oder Schleudervorrichtungen, und bilden eine gitterartige Struktur, wenn ein Magnetfeld angelegt wird. „Aktive Materialien benötigen eine externe Energiequelle ihre Struktur aufrecht zu erhalten“, sagte Argonne Materialwissenschaftler Alexey Snezhko, ein Autor der Studie.

Anders als in früheren Experimenten aktive Materialien beteiligt, die an Teilchen betrachtet, die ein lineare Bewegung gezeigt, erfassen diese neuen Spinner eine Händigkeit wie Rechts- oder Linkshändigkeit, die sie zu drehen, in einer bestimmten Richtung verursacht.

Diese wirbelnden Drehung der suspendierten selbstorganisierende Nickel Spinnern schafft einen Whirlpool-Effekt, bei dem verschiedene Partikel in den Wirbeln von ihren Nachbarn geschaffen gelutscht. „Die Partikel bewegen sich nicht auf ihre eigenen, aber sie können geschleppt um sein“, sagte Snezhko. „Das Interessante daran ist, dass Sie diese sehr schnell rotierenden Strukturen haben können, die das Aussehen eines noch größeren System geben, das ist immer noch, aber es bleibt sehr aktiv.“

Da die Partikel beginnen, zusammen zu kommen, die durch die Drehbewegung erzeugt Whirlpools, in Verbindung mit den magnetischen Wechselwirkungen, ziehen sie noch näher, eine feste kristalline artiges Material zu schaffen, auch wenn die Schleudervorrichtungen noch drehen.

Die Argonne-Forscher wollten wissen, wie ein nicht-Spinner Teilchen durch das aktive Gitter transportiert werden würde. Nach Snezhko erzeugt das schnelle wirbelnden der Schleudervorrichtungen die Fähigkeit für diese anderen Frachtpartikel durch das Gitter mehr zu bewegen, viel schneller, als sie ein normales Material durch würden. „In regelmäßigen Diffusion, das Verfahren mit einer Partikel von einer Seite des Materials zur anderen des Erhaltens ist temperaturabhängig und nimmt eine viel längere Zeit,“ sagt er.

Der Transport eines nicht-spinner Partikel ist auch abhängig von dem Abstand zwischen den Spinnern. Wenn die Spinnereien ausreichend weit voneinander entfernt sind, wird der nicht-Spinner Partikel chaotisch zwischen verschiedenen Spinnereien reisen, wie ein Floß reist nach unten einer Reihe von Stromschnellen. Wenn die Teilchen in den Gittern näher zusammenkommen, kann der nicht-spinner Partikel in einer einzelnen Zelle des Gitters eingefangen werden.

„Sobald die Teilchen innerhalb einer Zelle durch seine eigene chaotische Bewegung kommen, können wir das Feld ändern, so dass das Gitter leicht schrumpft, ist die Wahrscheinlichkeit des Teilchens machen, dass die Lage im Gitter sehr niedrig zu lassen“, sagte Snezhko.

Das Material zeigte auch die Fähigkeit zur Selbstreparatur, ähnlich einem biologischen Gewebe zu unterziehen. Wenn die Forscher ein Loch im Gitter gemacht, reformierte das Gitter.

Mit Blick auf Systemen mit rein rotatorische Bewegung, Snezhko und seine Kollegen glauben, dass sie Systeme mit spezifischen Transporteigenschaften entwerfen. „Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten für das Erhalten eines Objekts in einem Material von Punkt A nach Punkt B, und diese Art der Selbstorganisation für unterschiedliche Dynamik angepasst werden kann“, sagte er.

Quelle: DOE/Argonne National Laboratory. "Active material created out of microscopic spinning particles." ScienceDaily. ScienceDaily, 29 May 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/05/200529093121.htm>.