阿尔托大学的研究人员表明，纳米粒子悬浮液可以作为一个简单的模型来研究更复杂的非平衡系统（如活细胞）中的图案和结构的形成。这个新系统不仅将成为研究模式化过程的宝贵工具，而且还具有广泛的潜在技术应用。


该混合物由携带氧化铁纳米粒子的油性液体组成，这些粒子在磁场中被磁化。在适当的条件下，在这种铁流体上施加电压会使纳米颗粒迁移，在混合物中形成浓度梯度。为了使其发挥作用，铁流体中还必须包括焦糖酸盐，一种能在流体中携带电荷的蜡质化学品。




研究人员发现，焦糖酸盐的存在和跨越铁流体的电压导致了电荷的分离，氧化铁纳米粒子变得带负电。为了反映对电场的新的敏感性，研究人员将这种流体称为电流体，而不仅仅是铁流体。这种电反应性导致纳米粒子迁移，由此产生的纳米粒子浓度差异改变了电铁流体的磁反应性。




因此，在电铁流体上施加磁场会改变纳米粒子的分布，其精确模式取决于磁场的强度和方向。换句话说，纳米粒子的分布是不稳定的，在外部磁场的微小变化的驱动下，从一种状态转变为另一种，从一个平衡系统转变为一个非平衡系统，需要不断输入能量来维持其状态，成为一个耗散系统。


这些意想不到的动态使电铁流体在科学上和潜在的应用上都特别有趣。自20世纪60年代发现铁流体以来，它们已经引起了科学家、工程师和艺术家的注意。现在，我们已经找到了一种真正简单的方法，只需施加一个小电压来驱动流体脱离热力学平衡，就可以即时控制其磁性，这使得流体特性的控制达到了一个全新水平，可用于技术应用、图案形成的复杂性，甚至可能是新的艺术方法。


这一发现为试图了解耗散系统和它们所支撑的模式形成提供了一个宝贵的模型系统，无论是以生物体还是复杂的非生物系统形式。除了在基础研究中的价值外，该发现还具有潜在的实际应用。控制纳米颗粒的模式和分布的能力在一系列技术中是很有价值的，如光学网格和电子墨水屏幕，而且非常低的功耗使这种方法特别有吸引力。