Ученые описали, как обычную микроволновку превратить в устройство, которое генерирует плазму.
По идее авторов, это можно использовать для того, чтобы изменять поверхностные свойства предметов, а также проводить опыты с четвертым состоянием вещества дома, а не на лабораторном оборудовании.
Помимо трех хорошо знакомых человеку агрегатных состояниях вещества — твердого, жидкого и газообразного — существуют и более экзотические. В частности, при повышении температуры электроны приобретают настолько большую энергию, что отрываются от атомов, в результате образуя плазму — смесь заряженных частиц. Большая часть материи во Вселенной находится в состоянии плазмы, но на поверхности Земли ее встретить очень трудно, например, на недолгое время она появляется при ударе молнии. Специфические виды плазмы применяются в технике: например, на них основаны некоторые энергосберегающие и декоративные лампы.
Микроволновая печь работает благодаря воздействию быстропеременного электромагнитного поля на молекулы. Если частицы полярны, то есть обладают избытком плотности разноименных зарядов в разных частях, то в микроволновке они начнут вращаться. В обычной ситуации плотность молекул очень велика; это приводит к тому, что вся среда нагревается, не позволяя отдельным частицам набрать большую энергию. Если концентрацию сильно уменьшить, например, создав разреженный газ, то столкновения между молекулами будут происходить реже. Это позволит им вращаться быстрее, что может привести к образованию ионов и электронов.
Именно это физики продемонстрировали в новой работе — они подобрали оптимальное давление воздуха в герметичном сосуде, при котором действие микроволновой печи создает внутри плазму. Переход в новое состояние может быть заметен даже невооруженным глазом, так как газ в сосуде начинает светиться.
Физики пишут, что получившуюся плазму можно использовать для того, чтобы изменить свойства предметов, которые вступили с ней в контакт. Например, они продемонстрировали модификацию широко применяемого полимера полидиметилсилоксана. Обычно это соединение гидрофильно, то есть притягивает воду, но после всего нескольких секунд в плазме это свойство поменялось на противопложное — вещество стало гидрофобным. Авторы также описали изменение клейкости и электрических свойств других веществ.