Un esquema de suspensiones nanocoloidales blandas que comprenden nanopartículas de sílice blandas unidas a polietilenglicol (PEG) suspendidas en oligómeros de PEG. Las imágenes muestran la variación en las características físicas con el aumento de la carga de partículas y la micrografía electrónica muestra las partículas bien dispersas en estas suspensiones.
(Phys.org) —Las propiedades inusuales del agua, incluyendo su expansión térmica anómala y anomalía de densidad, han intrigado a los investigadores durante décadas. Estas propiedades son notoriamente difíciles de investigar experimentalmente debido a las escalas de longitud intrínsecamente pequeñas y las complejas interacciones que parecen regir la física de estos materiales. Estudios de pequeñas partículas (coloides) dispersas en disolventes, conocidas como suspensiones coloidales, utilizados como modelos para líquidos atómicos y moleculares han demostrado que algunas de estas anomalías pueden diseñarse en suspensiones coloidales de partículas blandas.
Un informe publicado en Cartas de revisión física describe una investigación llevada a cabo en la Fuente de Fotones Avanzados (APS) de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. en el Laboratorio Nacional de Argonne que aclara la disposición y la movilidad de nanopartículas blandas en suspensiones densas que reflejan las anomalías observadas en líquidos complejos como el agua. Este descubrimiento que es la primera instancia de observación experimental de tal comportamiento en una suspensión coloidal, permite una extensión de la caja de herramientas del físico experimental interesado en emplear suspensiones para imitar líquidos moleculares, con la ventaja añadida de escalas de tiempo y duración fácilmente accesibles.
El equipo de investigación con miembros de la Universidad de Cornell y Argonne, sintetizó nanopartículas blandas uniendo densamente pequeños polímeros a la superficie de nanopartículas de sílice. Se llevaron a cabo mediciones de dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) y espectroscopía de correlación de fotones de rayos X (XPCS) en las líneas de luz 12-ID-B y 8-ID-I de la División de Ciencias de Rayos X en el APS para revelar la estructura de equilibrio y las características del movimiento de partículas, respectivamente.
Se encontró que los arreglos de partículas se vuelven más desordenados y se mueven más rápido cuando se agregan más partículas a la suspensión más allá de una fracción de volumen de partículas crítica. coincidiendo con un fuerte aumento de la resistencia del sistema de nanopartículas injertadas a las deformaciones físicas.
Esto contrasta con la situación habitual en la que al aumentar la concentración de partículas en una suspensión diluida se reduce el espacio disponible para colocar nuevas partículas. aumentando así el orden de las partículas y ralentizándolas.
Evolución del factor de estructura (S (q)) y tiempos de relajación (τ) con carga de partículas (ϕ) para suspensiones de nanopartículas blandas. La aparición de máximos en la altura del primer pico de S (q) indica claramente la anomalía estructural, mientras que los máximos en los tiempos de relajación indican la anomalía de transporte en las suspensiones nanocoloidales blandas. Estos resultados se obtuvieron a partir de mediciones SAXS y XPCS, respectivamente.
"Se vuelve más fácil para cualquier partícula en estas suspensiones difundirse cuando están más rodeadas por sus vecinas; la naturaleza contradictoria de esta situación se puede ilustrar con la siguiente analogía:es más fácil hacer una carrera y anotar un touchdown cuando el oponente equipo tiene quince personas en defensa, "dijo Samanvaya Srivastava, estudiante de posgrado de la Universidad de Cornell y autor principal del artículo Physical Review Letters.
Se ha argumentado durante mucho tiempo que el comportamiento anómalo de las partículas suspendidas en agua y otros líquidos complejos existe para sistemas con repulsión suave. que se caracteriza por una energía potencial que exhibe un ancho finito sobre el que se produce la interacción de las partículas. Estos hallazgos empíricos apoyan un consenso emergente de los estudios de simulación y proporcionan un sistema modelo para estudiar sistemas con interacciones repulsivas suaves.
