Quando duas substâncias são reunidas, eles irão eventualmente se estabelecer em um estado estacionário chamado equilíbrio termodinâmico; exemplos incluem óleo flutuando em cima da água e leite misturando-se uniformemente no café. Pesquisadores da Universidade Aalto na Finlândia queriam interromper esse tipo de estado para ver o que acontece - e se eles podem controlar o resultado.

"As coisas em equilíbrio tendem a ser muito chatas, "diz o professor Jaakko Timonen, cujo grupo de pesquisa realizou novo trabalho publicado em Avanços da Ciência em 15 de setembro. "É fascinante tirar os sistemas do equilíbrio e ver se as estruturas fora do equilíbrio podem ser controladas ou úteis. A própria vida biológica é um bom exemplo de comportamento verdadeiramente complexo em um monte de moléculas que estão fora do equilíbrio termodinâmico."

Em seu trabalho, a equipe usou combinações de óleos com diferentes constantes dielétricas e condutividades. Eles então submeteram os líquidos a um campo elétrico.

"Quando ligamos um campo elétrico sobre a mistura, carga elétrica se acumula na interface entre os óleos. Esta densidade de carga corta a interface fora do equilíbrio termodinâmico e em formações interessantes, "explica o Dr. Nikos Kyriakopoulos, um dos autores do artigo. Além de ser interrompido pelo campo elétrico, os líquidos foram confinados em um tubo fino, folha quase bidimensional. Essa combinação levou à remodelação dos óleos em várias gotas e padrões completamente inesperados.

As gotas no experimento podem ser feitas em quadrados e hexágonos com lados retos, o que é quase impossível na natureza, onde pequenas bolhas e gotículas tendem a formar esferas. Os dois líquidos também poderiam ser transformados em redes interconectadas:padrões de grade que ocorrem regularmente em materiais sólidos, mas são inéditos em misturas de líquidos. Os líquidos podem até ser persuadidos a formar um toro, uma forma de donut, que era estável e manteve sua forma enquanto o campo era aplicado - ao contrário da natureza, já que os líquidos têm uma forte tendência a entrar em colapso e preencher o buraco no centro. Os líquidos também podem formar filamentos que rolam e giram em torno de um eixo.

"Todas essas formas estranhas são causadas e sustentadas pelo fato de que são impedidas de entrar em colapso em equilíbrio pelo movimento das cargas elétricas que se acumulam na interface, "diz Geet Raju, o primeiro autor do artigo.

Um dos resultados empolgantes deste trabalho é a capacidade de criar estruturas temporárias com um tamanho controlado e bem definido que podem ser ligadas e desligadas com tensão, uma área que os pesquisadores estão interessados ​​em explorar mais para a criação de dispositivos ópticos controlados por voltagem. Outro resultado potencial é a capacidade de criar populações interagentes de microfilamentos e microgotículas que, em algum nível elementar, imitam a dinâmica e o comportamento coletivo de microorganismos como bactérias e microalgas que se propulsionam usando mecanismos completamente diferentes.

A pesquisa foi realizada no Departamento de Física Aplicada do grupo de pesquisa Active Matter, liderado pelo Professor Timonen. O artigo "Diversidade de padrões de desequilíbrio e emergência de atividade em líquidos conduzidos eletro-hidrodinamicamente confinados" é publicado em acesso aberto em Avanços da Ciência .