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非平衡系统中声音可控的时空模式。

Audible sound-controlled spatiotemporal patterns in out-of-equilibrium systems.

机构信息

Center for Self-assembly and Complexity (CSC), Institute for Basic Science (IBS), Pohang, Republic of Korea.

Division of Advanced Materials Science, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Pohang, Republic of Korea.

出版信息

Nat Chem. 2020 Sep;12(9):808-813. doi: 10.1038/s41557-020-0516-2. Epub 2020 Aug 10.

DOI:10.1038/s41557-020-0516-2
PMID:32778690
Abstract

Naturally occurring spatiotemporal patterns typically have a predictable pattern design and are reproducible over several cycles. However, the patterns obtained from artificially designed out-of-equilibrium chemical oscillating networks (such as the Belousov-Zhabotinsky reaction for example) are unpredictable and difficult to control spatiotemporally, albeit reproducible over subsequent cycles. Here, we show that it is possible to generate reproducible spatiotemporal patterns in out-of-equilibrium chemical reactions and self-assembling systems in water in the presence of sound waves, which act as a guiding physical stimulus. Audible sound-induced liquid vibrations control the dissolution of atmospheric gases (such as O and CO) in water to generate spatiotemporal chemical patterns in the bulk of the fluid, segregating the solution into spatiotemporal domains having different redox properties or pH values. It further helps us in the organization of transiently formed supramolecular aggregates in a predictable spatiotemporal manner.

摘要

自然产生的时空模式通常具有可预测的图案设计,并且可以在多个周期内重现。然而,从人为设计的非平衡化学振荡网络中获得的模式是不可预测的,并且难以在时空上进行控制,尽管可以在后续周期中重现。在这里,我们表明,在存在声波的情况下,在水中共价键反应体系中生成可重复的时空图案是可能的,声波作为一种引导物理刺激。可听声诱导的液体振动控制大气气体(如 O 和 CO)在水中的溶解,从而在流体主体中产生时空化学图案,将溶液分隔成具有不同氧化还原性质或 pH 值的时空域。它进一步帮助我们以可预测的时空方式组织瞬态形成的超分子聚集体。

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