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Un nuovo stato della materia soffice in un gel ‘eterno’


Ricercatori italiani scoprono che sotto opportune condizioni un particolare gel a bassissima densità dà origine a materiali estremamente leggeri e ultra-stabili
Materiali leggerissimi e biocompatibili da impiegare, ad esempio, in biomedicina per il trasporto dei farmaci. È una delle possibili applicazioni di uno studio pubblicato su Nature Materials e realizzato dall’Istituto per i processi chimico-fisici (Ipfc-Cnr) e dall’Istituto dei sistemi complessi (Isc-Cnr) del CNR in collaborazione con l’Università di Roma Sapienza e con la European synchrotron radiation facility (Esrf) di Grenoble.

“Lavorando su una soluzione di argilla colloidale abbiamo osservato la prima prova sperimentale dell’esistenza di gel estremamente stabili (i cosiddetti gel di equilibrio), mai rilevati precedentemente, confermando una teoria predetta negli anni scorsi dal team guidato da Francesco Sciortino”, spiega Barbara Ruzicka, coautrice dello studio.

“Avevamo notato – spiega Sciortino – che in modelli con interazioni direzionali (modelli utilizzati anche nello studio dell’acqua e nelle interazioni tra proteine), era possibile generare degli stati arrestati senza l’intervento di una separazione di fase termodinamica”.

Normalmente, precisa le Ruzicka, “le sospensioni colloidali separano in due fasi e la fase densa si arresta formando un gel instabile, ossia una sostanza che nel tempo cambia le proprie caratteristiche. Questi gel non permettono di controllare il loro stato finale, condizione necessaria per le applicazioni in campo industriale e tecnologico”.

Questo nuovo stato della materia soffice osservata dai ricercatori del CNR in un’argilla sintetica usata per la costruzione di nanocompositi e anche come addensante nelle vernici, e in prodotti cosmetici e per la pulizia della casa, la laponite, presenta invece  caratteristiche adatte alle applicazioni tecnologiche.

“Le argille sciolte in acqua formano una soluzione colloidale di dischi di dimensioni nanometriche con una carica netta negativa sulle facce e positiva sui bordi. Tale distribuzione di carica determina un potenziale di interazione fortemente direzionale. E infatti abbiamo osservato una separazione di fase estremamente lenta, la quale genera una fase liquida che, contrariamente allo standard, è molto rarefatta e che per questo è stata definita liquido vuoto“.

Le particelle colloidali in questa fase liquida “si bloccano in uno stato di gel a densità bassa, ossia costituito da pochissima materia, occupando quindi solo una piccola frazione dello spazio disponibile”, conclude Emanuela Zaccarelli, coautrice dello studio.Sotto opportune condizioni questi ‘liquidi vuoti’ diventano di conseguenza decisivi per la realizzazione di materiali estremamente leggeri, nonché ultra-stabili nel tempo, da impiegare, per esempio, come nano composti in biomedicina”.

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