Zespół badawczy z Michigan State University (MSU) odkrył płyn, który, jak twierdzą, „wymyka się prostemu wyjaśnieniu teoretycznemu”, ponieważ ma właściwości piezoelektryczne.

Chociaż wiele na temat rzekomo piezoelektrycznej cieczy pozostaje tajemnicą – nawet dla znawców, którzy ją odkryli – takie materiały mogą być użyte do stworzenia optyki sterowanej elektrycznie, a nawet „nowej dziedziny piezohydrauliki”, według profesora MSU Gary’ego Blancharda, jednego z dwóch autorów w badaniu [PDF].

Piezoelektryczność nie jest niczym nowym. Zjawisko polegające na tym, że niektóre materiały uwalniają elektryczność pod wpływem ciśnienia, znamy od około 1880 roku. Materiały piezoelektryczne podlegają również odwrotnemu efektowi piezoelektrycznemu, który polega na zmianie ich wymiarów po przyłożeniu elektryczności.

Kryształy kwarcu i inne powszechnie stosowane materiały piezoelektryczne, takie jak tytanian cyrkonianu ołowiu (PZT) i tytanian baru, można znaleźć w wielu produktach konsumenckich. Materiały te wykorzystują kwarcowe zegarki na rękę, wzmacniacze, transformatory elektryczne, a nawet zapalniczki.

Ale wszyscy używają stałych substancji piezoelektrycznych, ponieważ – przynajmniej do odkrycia zespołu Blancharda – nie zaobserwowano żadnej cieczy piezoelektrycznej.

Wejdź, magiczny sosie

Blanchard i jego zespół odkryli ciecz piezoelektryczną podczas pracy z parą jonowych soli cieczy, które utrzymują swój stan ciekły w temperaturze pokojowej. Blanchard opisał materiały jako lepkie „jak olej silnikowy lub syrop klonowy” – z których najlepsze (w opinii tego absolwenta MSU i reportera z Michigander) można znaleźć w stanie Mitten.

Kiedy materiały zostały umieszczone w cylindrze i ściśnięte tłokiem, oba wygenerowały elektryczność proporcjonalną do przyłożonej siły – co, jak powiedział Blanchard, „szokowało nas”. (Można założyć metaforycznie.) Zespół odkrył również efekt w cieczy, którą nazywają „indukowanym gradientem gęstości swobodnego ładunku”, który, jak powiedzieli, spełnia odwrotny efekt piezoelektryczny wymagany od materiałów piezoelektrycznych.

Przed tym odkryciem uważano, że materiały piezoelektryczne są tylko krystaliczne i nie mają symetrii inwersji. Takie kryształy są wysoce uporządkowane, w związku z czym naukowcy nie zadali sobie trudu, aby szukać takich materiałów wśród cieczy, powiedział Blanchard.

Z tego powodu Blanchard i współautor Iqbal Hossain wciąż próbują dowiedzieć się, jak dokładnie piezoelektryczność może występować w cieczach. Próbują również ustalić, czy inne materiały mogą być bardziej przewodzące, ponieważ ich testy dały efekt piezoelektryczny „o rząd wielkości mniejszy niż kwarc”.

Aby przetestować potencjał praktycznych zastosowań, w tym optyki, Blanchard i Hossain umieścili swoje płyny w pojemniku w kształcie soczewki. Zasilając go elektrycznością, Blanchard powiedział, że byli w stanie zmienić ogniskową obiektywu.

Poza tymi możliwościami para stwierdziła w swoim artykule, że odkrycie prawdopodobnie „będzie wymagało pewnych modyfikacji [of current solid-state piezoelectric theory] w celu uwzględnienia [these] obserwacje eksperymentalne”.

Ciecze, takie jak te testowane przez Blancharda i Hossaina, są również łatwiejsze do recyklingu i przyjazne dla środowiska niż materiały piezoelektryczne w stanie stałym, z których wiele zawiera ołów. Ale nie wyprzedzajmy samych siebie: jak to ujął Blanchard, „znajdujemy się na niezbadanym terytorium”. ®