趣味實驗｜通電液滴可形成迷你版土星環結構

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研究人員在實驗中對一個液滴通入電脈衝， 發現液滴“赤道”形成一個小液滴環， 其外形頗似迷你版土星環。

當電場應用於懸浮在蓖麻油的矽油液滴時， 矽油液滴變得扁平， 並在液滴“赤道”噴射環狀小液滴。

通過對微小液滴進行通電， 科學家能夠建立迷你版土星環。

雖然科學家最新建立的迷你版土星環非常絢麗， 但是這個“行星系統”並非僅具有審美價值，

該研究將有助於研製產生微觀、統一大小微粒和膠囊的新方法， 其應用非常廣泛， 例如：藥物、墨水、化妝品、塗料和陶瓷製造等。

當一個通電液滴暴露在電場中， 該液滴將形成兩個電極。 之前研究表明， 這些電極受到電場源的牽引， 會形成錐狀外形， 如果牽引力足夠強， 錐狀前端將變成液滴噴嘴。 關於該效果的實驗被稱為“電霧化”， 經常涉及到被導電性較差液體包裹的液滴實驗。 在這項最新研究中， 美國西北大學資深工程師佩蒂亞·弗拉霍維斯卡（Petia Vlahovska）和同事希望探索當液滴進入通電性更強的液體中， 將會發生怎樣的情景， 特別是矽油液滴懸浮在蓖麻油上。

之前研究發現當液滴放置在兩塊電鍍板之間時，

將比周圍具有更好的導電性， 其兩極會攜帶與電鍍板相反的電荷， 當液滴放入通電電鍍板之間， 將產生異性相吸效應， 導致液滴兩極向外牽引（朝向電鍍板方向）， 兩極變成錐狀結構， 液滴變成足球狀。

圖中是放大的環狀小液滴， 其直徑大約0.01毫米。

這項最新發現表明，

當液滴比周圍環境導電性更差時， 其兩極攜帶與電鍍板電極相同的電荷。 弗拉霍維斯卡指出， 由於這一過程像同性排斥， 電鍍板電極和液滴兩極之間的排斥力將壓縮液滴成為類似M&M巧克力豆的形狀。

如果電場足夠強， 研究人員發現這些壓縮液滴的“赤道”會噴射同心環狀小液滴， 其外形頗似迷你版的土星環。 在實驗中1毫米直徑的矽油液滴會生成大量小液滴， 小液滴的直徑大約是0.01毫米。

佩蒂亞說：“我非常吃驚地發現液滴分離形成一個環狀結構， 我根本沒有想到會發生這樣的狀況。 ”她強調稱， 我們可以在充分控制下生成環狀結構， 並且能夠對該狀態進行開啟和關閉。 未來研究將進一步探索哪些材料可用於製造“微粒環效應”，

具有該效應的材料越多， 其應用就越廣泛。

目前， 佩蒂亞和研究同事紐約大學昆特·布盧梭（Quentin Brosseau）計畫將這份研究報告發表在7月20日出版的《物理評論快報》上。