Microgels at Interfaces Behave as 2D Elastic Particles Featuring Reentrant Dynamics

Microgels at Interfaces
Italiano
Martedì, 21 Luglio, 2020

I colloidi sono sistemi composti da particelle di dimensioni mesoscopiche, cioè intermedie tra micro- e macroscopiche, disperse in un solvente. In questa categoria rientrano moltissimi materiali di uso comune o industriale, come anche alcuni cibi. In generale questi sistemi possono presentare proprietà e comportamenti molto complessi che sono determinati dal modo in cui queste particelle interagiscono tra di loro.

Una semplice ipotesi potrebbe portare a pensare che particelle complesse possiedano un potenziale di interazione altrettanto complesso. Tuttavia, questo non è sempre vero.   In un recente studio pubblicato sulla rivista Physical Review X, condotto da un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Fisica, del Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria e dell’Istituto dei Sistemi Complessi del CNR, vengono studiati i microgel, colloidi costituiti da un'intricata architettura polimerica, confinati in un'interfaccia tra due liquidi. I ricercatori hanno dimostrato, utilizzando simulazioni al computer, che un sistema composto da queste particelle può essere descritto in termini di un insieme di semplici oggetti elastici in due dimensioni.  Nonostante l’apparente semplicità, lo studio mostra come il comportamento collettivo di questi oggetti sia sorprendentemente complesso, essendo caratterizzato dalla presenza di molteplici transizioni dinamiche rientranti ad alta densità. Ciò significa che, a differenza della maggior parte dei liquidi, la dinamica dei singoli microgel accelera quando la concentrazione di particelle aumenta. Una ulteriore interessante predizione dello studio mostra come questo comportamento peculiare si possa osservare sperimentalmente impiegando microgel “soffici” e di ridotte dimensioni.

Complessivamente, questo lavoro suggerisce l’utilizzo dei microgel su scala collettiva come sistema ideale per lo studio della dinamica rientrante in due dimensioni, a lungo predetta ma mai osservata sperimentalmente. Inoltre, la dimostrazione di come le simulazioni al computer possano fornire una stima accurata del potenziale di interazione consentirà una progettazione di materiali innovativi con proprietà specifiche basati sui microgel.

Authors
Fabrizio Camerin, Nicoletta Gnan, José Ruiz-Franco, Andrea Ninarello, Lorenzo Rovigatti, Emanuela Zaccarelli

Reference
Physical Review X

L' Università degli Studi di Roma "La Sapienza" - Piazzale Aldo Moro 5, 00185 Roma