Czy dzięki oddziaływaniom elektrostatycznym cząstki mogą trzymać się razem? Już w 1842 r. brytyjski matematyk Samuel Earnshaw udowodnił, że w ładunki w próżni nie mogą tworzyć stacjonarnych układów. Sformułowane przez niego twierdzenie w pewnym sensie mówi, że elektrostatyczne oddziaływania pełnią destabilizującą rolę. Z drugiej strony wiadomo, że stabilne konfiguracje cząstek w płynach nie zostały zaobserwowane. Okazuje się jednak, że naładowane obiekty mogą w płynach zachowywać się w jakościowo nowy sposób. Otóż teoretyczna analiza doprowadziła nas do znalezienia stabilnych układów mikrocząstek w płynach. Pokazaliśmy, że naładowane mikrocząstki opadające grawitacyjnie w nienaładowanym płynie mogą spontanicznie zmieniać swoje położenia – tak aby utworzyć pary, w których większa i mniej gęsta cząstka znajduje się ponad mniejszą i bardziej gęstą. Wynik ten otwiera nową perspektywę na dynamikę polidyspersyjnych układów wielu naładowanych mikrocząstek w płynach. Inspiracją do tych badań jest współczesnie obserwowany dynamiczny rozwój mikrofluidyki, układów Lab-on-Chip, medycznej diagnostyki, eksperymentów z bakteriami czy glonami oraz projektowania innowacyjnych materiałów i urządzeń związanych z płynami w mikroskali, np. do transportu leków czy oczyszczania wody. W takich układach cząstki są często naładowane.
C.I. Trombley, M.L. Ekiel-Jezewska, Stable Configurations of Charged Sedimenting Particles, Phys. Rev. Lett. 121, 254502
 |