“Điện tích trái dấu hút nhau; điện tích cùng dấu đẩy nhau” là một nguyên lý cơ bản của vật lý. Nhưng một nghiên cứu mới của Đại học Oxford, được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology, đã chứng minh rằng trong dung dịch, các hạt mang điện cùng dấu tại khoảng cách xa có thể hút nhau. Nhóm nghiên cứu còn phát hiện ra rằng, tùy thuộc vào dung môi, hiệu ứng này là khác nhau đối với các hạt tích điện dương và âm.
Bên cạnh việc làm đảo lộn những niềm tin lâu nay, kết quả này còn có ý nghĩa ngay lập tức đối với một loạt các quá trình liên quan đến tương tác giữa các hạt và giữa các phân tử ở các quy mô độ dài khác nhau, bao gồm tự lắp ráp, kết tinh và tách pha.
Nhóm các nhà nghiên cứu, làm việc tại Khoa Hóa học Đại học Oxford, đã phát hiện ra rằng trong dung dịch, các hạt tích điện âm ở khoảng cách xa hút nhau trong khi các hạt tích điện dương đẩy nhau, và điều ngược lại xảy ra với các dung môi như rượu. Những phát hiện này thật đáng ngạc nhiên vì chúng dường như mâu thuẫn với nguyên lý trung tâm trong điện từ học cho rằng các điện tích cùng dấu luôn đẩy nhau.
Sử dụng kính hiển vi trường sáng, nhóm nghiên cứu đã theo dõi các vi hạt silica (Silic dioxide) tích điện âm lơ lửng trong nước và phát hiện ra rằng các hạt này hút nhau tạo thành các cụm hình lục giác. Tuy nhiên, các hạt silica tích điện dương không tạo thành cụm trong nước.
Sử dụng lý thuyết về tương tác giữa các hạt xem xét cấu trúc của dung môi tại bề mặt liên kết, nhóm nghiên cứu đã xác định rằng các hạt tích điện âm trong nước có lực hút lớn hơn lực đẩy tĩnh điện ở những khoảng cách lớn, dẫn đến sự hình thành cụm. Đối với các hạt tích điện dương, tương tác do nước gây ra luôn là lực đẩy và không hình thành cụm nào.
Nhóm nghiên cứu còn phát hiện rằng hiệu ứng này phụ thuộc vào độ pH. Từ đó, họ đã có thể kiểm soát sự hình thành các cụm hạt tích điện âm bằng cách thay đổi độ pH. Và dù độ pH như thế nào, các hạt tích điện dương vẫn không tạo thành cụm.
Một cách nhiên, nhóm nghiên cứu tự hỏi liệu có cách nào để hiệu ứng trên các hạt tích điện bị chuyển đổi, tức là các hạt tích điện dương sẽ hình thành các cụm còn các hạt tích điện âm thì không. Và họ đã phát hiện ra rằng khi thay nước thành rượu: Các hạt silica mang điện tích dương hình thành các cụm lục giác, trong khi silica mang điện tích âm thì không.
Theo các nhà nghiên cứu, những phát hiện mới dẫn tới một sự điều chỉnh cơ bản trong hiểu biết, mà sẽ ảnh hưởng đến cách chúng ta nghĩ về các quá trình khác nhau như sự ổn định của các sản phẩm dược phẩm và hóa chất tinh khiết, hoặc sự cố trong quá trình tập trung phân tử liên quan đến bệnh tật ở con người. Ngoài ra, nghiên cứu cũng cung cấp bằng chứng cho khả năng thăm dò các đặc tính của điện thế bề mặt do dung môi gây ra, chẳng hạn như dấu và độ lớn của nó, mà trước đây được cho là không thể đo lường được.
Giáo sư Madhavi Krishnan (Khoa Hóa học, Đại học Oxford), người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: “Tôi thực sự rất tự hào về hai nghiên cứu sinh của mình cũng như các sinh viên đại học, những người đã làm việc cùng nhau để tiến tới khám phá cơ bản này”.
Sida Wang (Khoa Hóa học, Đại học Oxford), tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết: “Tôi vẫn cảm thấy thú vị khi thấy những hạt này hút nhau, ngay cả khi đã nhìn thấy điều này hàng nghìn lần”.
Theo Charmingscience
