液体盐使按钮镜片聚焦

M.I. HOSSAIN & G. J. BLANCHARD/THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS

据了解，科学家们发现了第一种已知的压电液体，它能够将机械力转化为电荷，反之亦然。这些材料通常对环境友好，这表明它们可能会在标准压电化合物之外找到许多应用，例如新型电控光学和水力学。然而，关于它们是如何工作的，以及它们可能有什么能力，还有很多未知之处。

压电现象于1880年首次被发现。自那以后，这种效应得到了广泛的应用，包括手机扬声器、喷墨打印机、超声波成像、声纳设备、压力传感器、原声吉他拾音器和柴油喷射器。

到目前为止，所有已知的压电材料都是固体的。现在，科学家们首次发现了压电液体。他们在3月9日发表在《物理化学快报》上的一项研究中在线详细介绍了他们的发现。

研究人员用离子液体进行实验。这些流体是由带正电的阳离子和带负电的阴离子组成的盐类化合物，在异常低的温度下是液体。相比之下，食盐在大约800ºC的温度下融化。

该研究的作者之一、密歇根州立大学化学教授Gary Blanchard说：“它们通常相对粘稠，就像机油或枫糖浆一样。”

Blanchard表示，布兰查德说，该团队正在进行标准实验，旨在更好地了解液态盐（也称为离子液体）的基本特性。研究小组发现，当活塞将两种不同的室温离子液体挤压在圆柱体内时，它们各自产生电力。研究人员观察到的效果强度与施加的力成正比。

Blanchard说：“看到这一幕，我们非常震惊。以前没有人见过液体中的压电效应。”

Blanchard和他的同事发现，这些离子液体的光学特性会随着电流而发生显著变化。例如，当研究人员将这些液体放置在透镜形状的容器中时，他们发现电荷可以改变液体弯曲光线的程度。“改变透镜的焦距。”Blanchard说。

目前尚不确定压电液体可能有什么应用。Blanchard说，至少，这些流体的可变光学特性表明“根据我们现在所知，电控光学是可行的”。

Blanchard补充道，如果电确实会导致压电液体的尺寸发生变化，就像压电固体一样，“人们可以想象压电水力学的一个新领域。”

此外，许多压电固体可能会对环境造成危害。例如，最常用的压电陶瓷PZT含有铅。相比之下，研究人员表示，室温离子液体通常比许多常见的压电材料更具可回收性和环保性。

此外，制造所需形状和尺寸的压电元件可能很困难。相比之下，压电液体可以提供更广泛的设计机会，Blanchard说。

当涉及到理解压电是如何发生的时，先前的研究发现，当机械力使固体结构变形，从而使其内部的电荷转移时，这种效应就会发生在固体中。相反，施加到这些材料上的电荷会使它们的结构变形。

Blanchard说：“这两件事都需要在材料中进行实质性的组织。关于液体的基本假设是，在这些材料中没有持久的秩序，导致人们几乎不会考虑从液体中寻找压电响应。因此，我们在液体中发现了一个，这真是一个惊喜。”

研究人员怀疑，对离子液体施加机械力可能会导致电荷在这些液体中分离，从而产生电流。然而，Blanchard说：“我们仍在试图找出液体中发生压电现象的基本机制。我们遇到了一种无法用简单理论解释的效应。”

在这些室温离子液体中看到的压电效应大约比在石英（一种广泛使用的压电材料）中看到的要小一个数量级。然而，“我们不知道是否有其他离子液体可能具有更大的效果，” Blanchard如此表示。

关于压电液体，还有很多未知之处，比如是否有方法对这些液体进行改性，以提高其压电效应的强度或速度。也不确定电荷是如何通过带电离子在空间中的缓慢扩散，或分子之间电荷的更快交换，在这些流体中移动的，就像电在电线中移动一样。

Blanchard说：“我们正处于一个未知的领域。一旦我们能够更好地了解这一系列材料是如何做到这一点的，我们就会更好地了解它可能能做什么以及它可能对哪些应用有用。”