Частицы, взвешенные в жидкости, перемещаются из одного места в другое в результате броуновского движения, которое легко обнаруживается с помощью микроскопа. Однако эти частицы также вращаются, и гораздо труднее увидеть, являются ли они сферическими.
Исследователи преодолели это, создав частицы из одного и того же материала двух разных цветов. Основная сфера, которую они называют глазом, расположена не по центру на поверхности частицы.
Это точка, которую можно проследить под микроскопом, чтобы определить изменение ориентации при вращении частицы.
"Вращение коллоидной частицы говорит нам об окружающей гидродинамике – движении взвешенной жидкости – и контактных силах, таких как трение.
Однако, чтобы получить полную картину в плотной суспензии, необходимо отслеживать все частицы одновременно », – поясняет автор исследования профессор Хадзиме Танака. "Помимо предоставления точки для отслеживания во времени, плотность и показатель преломления наших частиц могут быть согласованы, чтобы можно было получить необходимые трехмерные изображения."
Путем отслеживания плотной суспензии заряженных частиц, образующих коллоидный кристалл, который имеет упорядоченное расположение частиц, было обнаружено, что вращение соседних сфер было связано и перемещалось в противоположных направлениях, как зацепленные шестерни.
Кроме того, система с незаряженными частицами показала, что существует взаимосвязь между локальной кристалличностью – упорядочением в ближайшем окружении – и вращательной диффузией, которая описывает процесс восстановления равновесия ориентации.
Исследователи также наблюдали "прерывистое" вращательное движение между соприкасающимися частицами, когда большой сосед мог остановить движение частицы за счет трения.
«Наша система предоставила столь необходимое понимание гидродинамической и фрикционной связи в очень плотных коллоидах», – говорит другой корреспондент, профессор Роэл Далленс. «Мы ожидаем, что наши результаты окажут значительное влияние на разработку промышленных процессов с участием коллоидов, а также на понимание биологических процессов."