Scoperto liquido che non cristallizza e servirà a realizzare questi materiali innovativi.

In arrivo il liquido che non cristallizza mai

Appartiene al mondo della materia soffice e servirà a realizzare materiali innovativi con proprietà elettriche, meccaniche e ottiche controllabili. La ricerca, condotta da un team della Sapienza, è pubblicata su Nature Physics

Lo stato liquido della materia, come studiato a scuola, è uno stato intermedio tra la fase gassosa e la fase solida, esistente soltanto in un determinato intervallo di  temperature. L’acqua, per esempio, a 0°C diventa ghiaccio e a 100°C si trasforma in vapore. Ma questa legge vale in tutte le situazioni? 

In un articolo appena pubblicato su Nature Physics, Frank Smallenburg e Francesco Sciortino del dipartimento di Fisica di Sapienza Università di Roma, dimostrano che nel mondo della materia soffice i liquidi possono essere più stabili dei solidi e non cristallizzare mai.   

La materia soffice è l’insieme di quelle sostanze come i gel, le schiume o le creme che sono troppo dense per essere dei liquidi e troppo morbide per essere dei solidi. Tra queste ci sono i colloidi, soluzioni di particelle della dimensione da 10-20 nanometri fino al micron disperse in un liquido o in un gas. Gli studiosi della materia soffice sono riusciti a “costringere” le particelle colloidali 

sintetizzate in laboratorio a comportarsi come atomi cioè ad aggregarsi in molecole di dimensioni nano o microscopiche, realizzando strutture complesse che imitano, a scale di grandezza maggior, ciò che avviene spontaneamente nella fisica atomica e molecolare.   A differenza delle molecole, queste nuove molecole colloidali interagiscono tra loro secondo schemi disegnati dall’uomo.  Lo scopo? Realizzare in laboratorio i mattoni di materiali innovativi con proprietà elettriche, meccaniche e ottiche controllabili.

 Nel loro studio teorico/numerico,  i ricercatori della Sapienza sono arrivati così a generare liquidi che rimangono tali a tutte le temperature, più stabili dei solidi. Serviranno a produrre gel e vetri di ultima generazione destinati ad avere applicazioni in numerosi campi: da quello medico (gel per lenti a contatto o biocompatibili per la ricostruzione di cartilagini ossee), a quello  agricolo (gel repellente degli insetti o come sostituto della terra per piante in vaso) a quello ambientale (vetri molecolari con particolari proprietà isolanti).

 “Le conseguenze di questo studio – spiega Francesco Sciortino – sono duplici: da un lato si è potuto chiarire il ruolo chiave giocato dall’entropia nel processo di cristallizzazione (ovvero perché in un sistema disordinato come il liquido il numero di configurazioni microscopiche possibili sia diverso da quello di un sistema ordinato come quello solido), dall’altro lato si acquisiscono nuovi elementi che aiutano a capire perché alcuni materiali importanti quali i gel polimerici e colloidali e i vetri molecolari siano particolarmente stabili”. 

 “Negli ultimi anni – continua Sciortino – la ricerca in materia soffice ha mostrato che è possibile sintetizzare non solo atomi colloidali ma anche molecole colloidali, cioè particelle colloidali la cui superficie viene localmente funzionalizzata per rendere possibili interazioni attrattive solo nelle direzioni stabilite da particolari zone adesive, dette patch.Le molecole colloidali saranno fondamentali nella realizzazione di materiali in grado di influenzare le tecnologie future in modi che ancora non riusciamo a immaginare e probabilmente il loro uso rivoluzionerà la nostra vita come circa un secolo fa fece la plastica”.

 Il team della Sapienza è finanziato da PATCHYCOLLOIDS,  un progetto europeo ERC da 1.5 milioni di euro che studia con metodi teorici e numerici le enormi possibilità offerte da questi nuovi mattoni della materia.

Prof. Francesco Sciortino

UNIVERSITA’ LA SAPIENZA-ROMA