物理学家模拟演示，在足够强的电场影响下，某些材料液滴会发生凝固，形成晶体，温度和压力条件相当于液滴的无场条件。这种电场诱导相变被称为电结晶（electrocrystallization）

　　搞这项研究的科学家是佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的，这项研究已出现在网上，而且已排好时间，要做特稿和封面文章，刊登在《物理化学杂志C》（Journal of Physical Chemistry C）第42 期115卷。

　　“我们表明，强电场可以诱导相变，但不改变热力学参数，”乌兹•兰德曼（Uzi Landman）说，他是佐治亚理工学院校委会和学院教授，在物理学院，也是卡拉维主席（F.E. Callaway Chair）和计算材料科学中心（CCMS：Center for Computational Materials Science）主任。

　　在这些模拟中，兰德曼和高级研究科学家大卫•路德科（David Luedtke）及高建平在（Jianping Gao）在计算材料科学中心，率先探讨了一种现象，这种现象英格拉姆•泰勒爵士（Sir Geoffrey）1964年曾描述过，那时他研究闪电对雨滴的影响，表现为改变液滴形状，就是在穿过电场时的情况。虽然液滴在无电场条件下是球形的，但是，它会改变形状，响应外加电场，变成像针一样的液滴。那种水滴用了近十年之久，就是在泰勒实验室实验中使用的，佐治亚理工学院研究人员集中进行他们的理论研究，相反，他们采用的是10纳米直径的甲酰胺（formamide）液滴，这种材料的制备采用小型极性分子（polar molecules），每个分子的特点是有一个偶极矩（dipole moment），比水分子大两倍多。

　　使用的分子动力学模拟系统是计算材料科学中心开发的，这一系统使科学家能够监测材料系统的演变，采用超高分辨率进行时间和空间上的监测，就这样，物理学家探讨了甲酰胺纳米液滴的反应，也就是施加不同强度电场时的反应。影响电场小于0.5V/纳米时，球形液滴只是稍微拉长一些。然而，当磁场强度提高到一个临界值，接近0.5 V /纳米时，模拟液滴就表现出发生形状改变，形成一种针状液滴，有长长的轴，方向指向所施加的电场，这一轴测量约大12倍，这是对比针状液滴的垂直小轴（截面）而言。在模拟中发现的关键临界电场值，符合预测，就是五年前泰勒从一般宏观因素进行的预测。

　　经过形状改变，进一步增强外加电场，就会逐渐缓慢地增加纵横比，就是针状液滴长短轴之间的比率，甲酰胺分子就会表现出液体的扩散运动。

　　“这就到了关键时刻，”兰德曼说。“模拟电场强度进一步上升，达到一个值，接近1.5V/纳米，这时，这种液针发生固化相变，表现为冻结扩散运动，并最终形成一种甲酰胺单晶体，它的特征结构不同于X-射线晶体，就是几年前零电场条件下确定的晶体。那么，是什么造成了这一切？”他补充说。

　　进一步分析表明，结晶过渡需要把分子安排到特定空间的有序晶格中，从而优化相邻分子偶极子正负两端的相互作用，这就会最大限度地降低刚性针状结晶的自由能量。当施加到液滴的电场相应下降时，这些针状结晶重新熔化，在零电场下，就会恢复到球形液滴。电场逆转过程表现出一种滞后。

　　分析认为，这种微观结构变化导致液滴响应施加的电场，这表明，随着0.5 V/纳米时的形状过渡，分子电偶极子的重新定向急剧增加，在转变后，排列会优先指向施加电场方向，而且是沿着针状液滴的长轴。定向偶极子的方向调整，实质上完成于更高电场电结晶转变之后，打破了对称性，把液滴转换成电场诱导的铁电状态，这样，它就有了大型净电偶极子（net electric dipole），与此形成对照的是零电场状况的非极化状态。

　　随着大规模原子计算机模拟，研究人员制定和评估了分析型自由能量模型，这种模型描述极化、界面张力和介电饱和度这些变量之间的平衡。这种模式表明，产生结果符合计算机模拟实验，从而提供了一个理论框架，便于理解介电液滴对施加电场的反应。

　　“这项研究揭示，一系列材料的迷人特性产生于施加电场的影响，”兰德曼说。“这里，场致形状和结晶转变的发生，是因为甲酰胺像水和许多其他材料一样，特征是有比较大的电偶极矩。研究表明，可以利用外部电场，引导和控制形状、聚合相（即固体或液体）和某些材料的属性。”

　　基本兴趣是理解这些材料性能的微观原因，这也会导致开发利用电场诱导材料控制，有许多不同领域，包括靶向给药，纳米封装，纳米结构印刷和表面图案，气溶胶科学，电喷推进系统和环境科学等。