La reducción de la investigación de objetos a escala nanométrica a menudo revela nuevas propiedades de la materia que no tienen equivalente para su análisis en masa. Este fenómeno está motivando muchos estudios actuales de nanomateriales que pueden revelar nuevos fenómenos fascinantes.
Inspiró a un grupo de investigadores del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia CNRS para explorar el alcance de nuestro conocimiento sobre las propiedades fundamentales de los fluidos, lo que exige una reconsideración con el uso cada vez mayor de fluidos en la disminución de los tamaños de los nuevos dispositivos, dondesu flujo está confinado en tubos capilares cada vez más pequeños.
Como informa el grupo El diario de la física química , de AIP Publishing, descubrieron un estado peculiar de fluidos miscibles o mezclables contenidos en nanocanales.
Este estado peculiar "corresponde a una disposición concéntrica y bien ordenada de dos regiones líquidas coexistentes de diferente composición", dijo Denis Morineau, director de investigación del CNRS, en Rennes. "Una región forma un caparazón que rodea un segundo núcleo líquido,ambos tienen un grosor radial de solo uno a cuatro tamaños moleculares.
"[El fenómeno] se conoce como 'separación de microfase' porque no implica que los constituyentes de las dos regiones líquidas se separen en fases", dijo. "De hecho, forman una fase líquida homogénea única en condiciones normales.De hecho, esta tendencia oculta de los fluidos binarios a formar estructuras ordenadas supramoleculares espontáneas se revela solo a escala microscópica ".
En la escuela primaria, muchos alumnos experimentan con gotas de tinta de, por ejemplo, una pluma estilográfica para observar su dispersión en un vaso de agua. Eventualmente, la gota se dispersa completamente y la combinación miscible conduce a la formación de una luz homogénea y luminosa.solución azul.
"Esto muestra que dos líquidos son completamente miscibles y su mezcla binaria forma una sola fase líquida en equilibrio termodinámico", dijo Morineau. "Ahora, combinando diferentes pares de solventes simples, hemos demostrado que esta propiedad inherente de miscible completamentelos líquidos binarios se invalidan cuando se reduce el tamaño del contenedor "
Efectivamente, midieron directamente cuán pequeño es demasiado pequeño para que una muestra de dos líquidos miscibles se considere una solución combinada.
Este fenómeno se observó por primera vez durante un experimento de dispersión de neutrones realizado en el Orphée de fuente nacional de neutrones francés en el Laboratorio Léon Brillouin LLB. El estudio se desarrolló aún más en LLB en colaboración con la Instalación Europea de Gran Escala Instituto Laue-Langevin.
"Los neutrones dispersos revelan dónde están los átomos en la muestra con una resolución espacial que alcanza la escala nanométrica", dijo Morineau. "El método único es sensible a la naturaleza isotópica del átomo. A diferencia de los rayos X, proporcionan una clara distinción entrehidrógeno y el isótopo de hidrógeno deuterio "
El grupo aplicó este método para estudiar la estructura de solventes simples como hidrocarburos y alcoholes, impregnados en sólidos porosos sintéticos hechos de vidrio de sílice. El vidrio presentaba una disposición tipo panal de canales cilíndricos paralelos de ocho nanómetros de ancho.material servido como una colección de tubos de ensayo de tamaño nanométrico.
el grupo de Morineau mezcló moléculas del mismo líquido, pero que diferían en el número total de neutrones del intercambio de átomos de hidrógeno con su isótopo más pesado, el deuterio. Con las proporciones correctas, la mezcla se puede ajustar para dispersar neutrones que coinciden con la dispersión deltubos de vidrio, lo que los hace indistinguibles.
"Primero usamos este truco para preparar y confinar líquidos que tienen la misma interacción con los neutrones que los nanocapilares de vidrio de sílice. Bajo esta condición de contraste, el neutrón es ciego al líquido y la intensidad dispersa medida se cancela", Morineau"[Con tinta esto] correspondería a la situación en la que tanto la solución entintada como el recipiente de vidrio tienen exactamente el mismo color, haciéndolos indistinguibles".
El grupo tuvo una observación sorprendente de algunos líquidos binarios confiados, donde esperaban un comportamiento de coincidencia de neutrones, pero la señal era más alta que nunca.
"Esta fue la primera prueba directa de que el paradigma de la composición homogénea en una mezcla completamente miscible debe romperse dentro de los nanocanales", dijo Morineau.
Para una aplicabilidad real, el grupo extendió una serie de experimentos cuidadosamente diseñados para establecer métodos para etiquetar los componentes de los líquidos binarios.
"Combinado con el desarrollo de un modelo computacional, muestra un excelente acuerdo con nuestros experimentos actuales", dijo Morineau. "Hemos proporcionado un método útil para evaluar las estructuras originales de fluidos embebidos en entornos a escala nanométrica".
La manipulación de líquidos en poros nanoestructurados es una actividad común en muchos procesos de química y ciencia de materiales, pero también juega un papel importante en entornos biológicos donde los investigadores esperan que su trabajo tenga una amplia aplicabilidad.
"Nuestro estudio sugiere que la separación de microfase, como un nuevo tipo de nanoestructura, resulta de los efectos concomitantes de interacciones superficiales específicas y confinamiento espacial", dijo Morineau. "Así que estamos entusiasmados por la oportunidad que ofrece la modulación de ambos elementos parapromover un nuevo control sobre el ensamblaje supermolecular de mezclas complejas "
Planean investigar más a fondo la dinámica, las propiedades de desequilibrio y el flujo de fluidos dentro de tales sistemas. "Estos son fundamentalmente de interés, así como para el desarrollo de dispositivos nanofluídicos", dijo. "Ahora estamos colaborandocon dos grupos de investigación de Hamburgo para explorar estas diferentes perspectivas "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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