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Una tecnica di stratificazione delle nanoparticelle offre nuove opportunità di innovazione

Ricercatori finanziati dall’UE hanno mostrato come piccole nanoparticelle sospese nei liquidi si separano per dimensioni durante l’evaporazione, un effetto che può portare a tecniche per costruire strutture stratificate che migliorano le prestazioni di molti oggetti comuni, come le creme solari e l’elettronica.

Il progetto BARRIER PLUS, finanziato dall’UE, ha pubblicato i risultati di esperimenti in cui si è riusciti a dimostrare – sia a livello teorico che pratico – che le vernici composte di particelle di due dimensioni diverse e abbastanza grandi, si separano durante l’essiccazione. Ne risulta che le particelle più piccole, che su nanoscala misurano soltanto un millesimo di un capello, formano uno strato sopra a quelle più grandi – una tecnica comletamente nuova. La produzione di colloidi che formano una struttura a doppio strato durante l’essiccazione potrebbe consentire la creazione di cosmetici e dispositivi elettronici con nuove proprietà. Con l’evaporazione del liquido durante l’essiccazione del colloide, le particelle che si trovano in basso sono costrette a una maggiore aggregazione a causa del moto browniano disordinato delle particelle. Il moto browniano è più veloce per le particelle più piccole, permettendo loro di ridistribuirsi più facilmente man mano che diminuisce il volume del colloide. Le particelle più grandi non sono in grado di spostarsi così rapidamente e si accumulano quindi alla superficie a contatto con l’aria. I ricercatori che hanno studiato i colloidi contenenti particelle di misure diverse hanno scoperto che per determinati tassi di evaporazione, le particelle più grandi si concentravano nella parte superiore della pellicola di essiccazione, mentre quelle più piccole erano distribuite più uniformemente. Si è presunto che ciò fosse valido per tutti i tassi di evaporazione. Una stratificazione inaspettata e imprevedibile Tuttavia, i ricercatori di BARRIER PLUS con sede all’Università di Surrey, Regno Unito, hanno scoperto che era vero esattamente il contrario esaminando più da vicino una sospensione contenente particelle di due dimensioni. Hanno trovato una stratificazione né aspettata né prevista, e hanno pertanto passato vari mesi a verificare i loro risultati, conducendo sia dettagliate simulazioni al computer sia esperimenti in laboratorio sui colloidi a base di acqua contenenti particelle sferiche di due dimensioni. Il team ha modellato sospensioni contenenti particelle grandi e piccole di varie dimensioni e con diversi livelli di densità. Con l’evaporazione dell’acqua, le sfere più piccole si spostavano verso l’alto e quelle più grandi verso il basso. L’effetto si presentava per i rapporti particellari compresi tra 2:1 e 14:1, ma soltanto se il numero di particelle piccole era maggiore del numero di quelle grandi di un fattore di 200 o più. Hanno poi verificato l’effetto, utilizzando particelle acriliche con diametro di 385 e 55 nanometri sospese nell’acqua, marcando le sfere più grandi con un colorante fluorescente. Dopo l’essiccazione dei colloidi, i ricercatori hanno rilevato che la divisione delle particelle avveniva, ma soltanto se il rapporto tra particelle grandi e piccole era al di sopra di 200. Opportunità di innovazione Grazie agli esperimenti di BARRIER PLUS, questo processo di stratificazione particellare potrebbe portare allo sviluppo di prodotti innovativi per tutta una serie di settori. Quello delle creme solari, ad esempio, dove si potrebbe progettare che le particelle che bloccano la luce solare restino nella parte superiore dopo l’applicazione, lasciando le altre particelle a contatto con la pelle. O possibili applicazioni nell’elettronica, come lo sviluppo di un rivestimento per cellulari con doppie caratteristiche: antigraffio in superficie e capacità di aderire al vetro in profondità. Il progetto BARRIER PLUS intende sviluppare un rivestimento protettivo unicomponente a base di acqua, il quale sarebbe competitivo grazie alle minori emissioni VOC e più sicuro per la salute umana rispetto ai rivestimenti bicomponenti. Il progetto dovrebbe concludersi a dicembre 2016 e ha ricevuto quasi 3 milioni di euro di finanziamenti dall’UE. Per maggiori informazioni, consultare: Sito web del progetto BARRIER PLUS

Paesi

Regno Unito

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