Dipartimento di Fisica

I gel sono costituiti da reticoli arrestati di particelle interagenti legate fra loro. Gran parte di questi materiali colloidali sono formati portando il sistema in una regione di instabilità termodinamica, all’interno della quale la sospensione separa spontaneamente in fasi a più alta e più bassa concentrazione.

Questi gel, formati attraverso quella che viene chiamata decomposizione spinodale, sono caratterizzati da eterogeneità sia spaziale che temporale. Le regioni a diversa densità, cioè, si distribuiscono nello spazio e il reticolo disordinato che forma il gel si riorganizza nel tempo, rilassando stress interni.

Recentemente, una nuova famiglia di “gel di equilibrio” — formati a partire da particelle di valenza limitata che interagiscono attraverso un numero finito di legami — è stata proposta e investigata da ricercatori del dipartimento di Fisica. In questi gel, il reticolo di legami si forma progressivamente e con continuità, senza richiedere l’intervento di alcuna separazione di fase.

Negli ultimi anni, nuove tecniche sperimentali che mescolano scattering e imaging sono state proposte con lo scopo di risolvere le proprietà spaziali e temporali della dinamica microscopica di campioni colloidali, inclusi i gel. Mettendo a punto, grazie all’aiuto di Giorgio Amico, un apparato di Photon Correlation Imaging nel laboratorio di Materia Soffice del dipartimento di Fisica della Sapienza, gli autori (Enrico Lattuada, Debora Caprara, Roberto Piazza e Francesco Sciortino) hanno dimostrato per la prima volta in un lavoro pubblicato su Science Advances che questi materiali si presentano spazialmente e temporalmente omogenei, a differenza dei classici gel colloidali. Questo comportamento nasce proprio grazie alla reversibilità dei legami e alla possibilità di formare un gel per stati di equilibrio.  Lo studio si è avvalso dell’esperienza del gruppo con i gel formati da nanostelle di DNA, nanostrutture formate da più braccia che dipartono da un nucleo comune e che sono in grado di interagire tramite sequenze specifiche di DNA poste al termine di ciascun braccio.

La peculiarità di questi sistemi è di formare entrambi i tipi di gel (di equilibrio o per decomposizione spinodale) semplicemente cambiando la concentrazione delle particelle in sospensione.

Questo lavoro approfondisce la nostra comprensione delle proprietà e del comportamento dei gel colloidali e fornisce un quadro per interpretare il comportamento di altri sistemi fisici, inclusi i vetri forti ed i gel polimerici.
 

Authors:
Enrico Lattuada, Debora Caprara, Roberto Piazza, Francesco Sciortino

Reference:
Science Advances