En nuestra vida cotidiana no es raro ver el mismo material en diferentes estados. Tomemos, por ejemplo, el agua:es un líquido a temperatura ambiente, podemos convertirnos en hielo cuando se enfría por debajo de 0 ° C y se convierte en gas cuando se calienta por encima de los 100 ° C. Los pasajes entre estos diferentes estados de la materia se denominan transiciones de fase.

Las transiciones de fase son la expresión de la organización y las interacciones de moléculas y átomos dentro de los materiales, y debido a esto han sido ampliamente estudiados por físicos, farmacia, biólogos, y muchos más.

Algunas transiciones de fase, aunque predicho por la teoría, siguen siendo esquivos y su existencia no se puede verificar con experimentos, debido a las duras condiciones en las que ocurren. Este es el caso de la transición adsorción / desorción de polímeros.

Los polímeros son moléculas largas formadas por la repetición, a menudo más de mil veces, de la misma unidad, llamado monómero. Esta estructura particular trae a colación una serie de propiedades interesantes. Por ejemplo, una molécula de polímero puede adherirse fuertemente a una superficie incluso si la interacción entre un solo monómero y la superficie es muy débil: l'union fait la force . De hecho, para separar toda la molécula de la superficie, habría que eliminar uno por uno todos los monómeros débilmente unidos, que es muy poco probable que ocurra. Las cadenas poliméricas son aquellas consideradas adsorbidas irreversiblemente, es decir, se supone que una cadena de polímero se adhiere a una superficie, durante un tiempo extremadamente largo, básicamente para siempre.

Los teóricos han propuesto que el estado adsorbido es, en lugar de, transitoria y, cuando se calienta muy por encima de la temperatura ambiente, Las moléculas de polímero deben desorberse y salir de la superficie. Esta sería la transición de adsorción / desorción.

Hasta ahora, sin embargo, nadie pudo verificar estas ideas, porque las temperaturas donde debería ocurrir esta transición de fase son muy altas, y el material se degrada antes, finalmente, desorción.

Ahora, escribiendo en Comunicaciones de la naturaleza Simone Napolitano (Laboratorio de Dinámica de Polímeros y Materias Blandas, ULB) y sus colaboradores, Xavier Monnier y Daniele Cangialosi, del Centro Internacional de Física de Donostia y el Centro de Física de Materiales de San Sebastián (España) han podido acceder de forma experimental a la transición adsorción / desorción.

Combinando la experiencia de Cangialosi en transiciones de fase y la de Napolitano en adsorción, el equipo ha utilizado una nueva técnica llamada calorimetría de barrido rápido, que permite medir el calor intercambiado por un material mientras la temperatura varía muy rápidamente. La técnica puede llevar las moléculas de polímero de la temperatura ambiente a 400 ° C en una fracción de segundo, y dentro de este corto intervalo el material no tiene tiempo de degradarse.

Al estudiar este fenómeno, Monnier y sus colaboradores han observado que las cadenas de polímeros liberan una cantidad muy pequeña de calor cuando se desorben de una superficie. lo que permitió clasificar la adsorción / desorción como una transición de fase de primer orden.

Esto es similar a lo que le pasa al hielo cuando lo ponemos sobre la mesa. A baja temperatura, las moléculas permanecen juntas gracias a interacciones que mantienen el material en estado sólido. Al calentar por encima de 0 ° C, las interacciones comienzan a desvanecerse, que corresponde a un intercambio de calor. Lo mismo ocurre con las cadenas de polímeros cuando se desorben.

Emmanouil Glynos (Fundación para la Investigación y la Tecnología-Hellas), experto en física de polímeros comentó, "Monnier et al han podido observar la desorción calentando una capa delgada de polímero, un buen resultado que no se había logrado antes. La calorimetría rápida les permitió caracterizar completamente esta transición de fase elusiva, este es un avance increíble del estado del arte de la física de la materia blanda ".

Además del tremendo avance del estudio de las transiciones de fase, este estudio se abre a nuevos métodos para adaptar las propiedades de los nanomateriales como recubrimientos inteligentes, electrónica flexible y más. Las propiedades de estos innovadores sistemas, De hecho, dependen de cuántas moléculas se adsorben, y los autores anticipan que al dominar adecuadamente la transición de adsorción / desorción será posible fabricar materiales de mejor rendimiento y más duraderos.