
Ученые из Института физической химии Польской Академии наук создали «мезо-атомы» — устойчивые и упорядоченные структуры, образованные несколькими каплями воды в капле масла. Авторам удалось построить фазовую диаграмму таких систем и описать их устойчивость в терминах капиллярных и объемных сил. «Мезо-атомы» могут применяться, например, для синтеза наночастиц сложного строения или для печати материалов, подобных биологическим тканям. Новая работа опубликована в Physical Review Letters.Название «атомы» к данным мезоструктурам авторы применяют в потому, что они образуют устойчивые ансамбли практически по тем же причинам, что элементарные частицы образуют атом. Речь идет о том, что в результате многих взаимодействий между несколькими частицами возникает устойчивая пространственная конфигурация, в которой энергия взаимодействия минимальна. Так, например, возникают устойчивые кластеры. Приставка «мезо-» в названии подчеркивает, что описанные структуры образуются на других масштабах, нежели «настоящие» атомы, однако по некоторым параметрам их напоминают.Для получения мезо-атомов в новой работе ученые использовали микрофлюидное устройство. В тонкий канал, в котором протекал раствор поверхностно-активного вещества, добавляли капли воды, которые на следующем шаге помещали в большую каплю масла. В итоге образовывалась сложная структура, внутри которой были упакованы капли воды, разделенные тонкими пленками поверхностно-активного вещества. Форма, размер и характер упаковки таких мезо-атомов зависел от количества капель воды, объемной доли воды в масле, а также ряда внешних параметров.Авторы также построили фазовую диаграмму для их системы в полном диапазоне объемной доли φ жидкостей (от 0 до 100%) и для числа капель N от трех до одиннадцати. Оказалось, что при малых φ внутри капли не происходило никакой упаковки, однако при повышении доли воды в системе возникали три различных типа структур. Почти для всех полученных структур ученые также определили пространственную группу симметрии.
