Трое исследователей RIKEN создали жидкость, реакцию которой на электрическое поле можно настроить в самом широком диапазоне среди всех известных материалов. Жидкость может найти применение в различных приложениях, включая носимую электронику.

То, как материалы реагируют на электрическое поле, сильно различается. Некоторые виды керамики, пластмассы и стекла показывают большие отклики, потому что они состоят из полярных молекул , которые имеют положительные и отрицательные части. Когда приложено электрическое поле, молекулы выравниваются с электрическим полем. Напротив, электрическое поле очень мало влияет на материалы с неполярными молекулами, такие как воздух и большинство органических материалов.

Этот отклик измеряется числом, известным как диэлектрическая проницаемость — у воздуха диэлектрическая проницаемость очень близка к единице, тогда как у материалов с большими откликами значения исчисляются тысячами.

Теперь Хироя Нишикава, Коки Сано и Фумито Араока, все из Центра новых наук о материи RIKEN, разработали жидкость, чья диэлектрическая проницаемость может варьироваться от 200 до 18 000 всего за полминуты, когда на нее падает свет.

Трио поняло это, объединив две молекулы. Первая молекула представляет собой жидкий кристалл , который имеет две фазы: одну с низкой диэлектрической проницаемостью, а другую с чрезвычайно высокой. Вторая молекула чувствительна к свету. Когда на объединенную молекулу освещали синим светом , она переключалась с фазы с низкой диэлектрической проницаемостью на фазу с высокой; когда на жидкость пролился зеленый свет , ситуация изменилась на противоположную, заставив ее вернуться в фазу с низкой диэлектрической проницаемостью.

Поскольку высокая диэлектрическая проницаемость важна для создания конденсаторов, хранящих большой электрический заряд, жидкость можно использовать в приложениях, требующих конденсаторов переменной емкости. «Если вы хотите получить такую ​​высокую емкость, вам понадобится специально разработанный конденсатор», — говорит Араока. «Но мы могли бы реализовать высокую емкость, просто поместив материал между электродами, потому что жидкость имеет такую ​​высокую диэлектрическую проницаемость».

В своем исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда продемонстрировала применение жидкости, соединив ее со звуковым генератором и используя ее для изменения высоты звука в широком диапазоне, когда они освещали жидкость.

Механизм высокой диэлектрической проницаемости остается загадкой. «В настоящее время мы понятия не имеем, как реализуется такая высокая диэлектрическая проницаемость», — говорит Араока. «Поэтому мы хотели бы выяснить причину этого».

Команда также хочет использовать жидкость для создания гибких электронных устройств. «В текущем исследовании мы использовали стеклянную подложку, — говорит Нишикава. «Но мы можем заменить ее гибкой пленкой, чтобы создать устройства, которые можно носить на коже».