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La strana coppia Colloidi-Attrito
Una ricerca italiana ci aiuta a comprendere i meccanismi dell'attrito microscopico grazie ai colloidi
La capacità di comprendere, e controllare, gli sfaccettati meccanismi dell'attrito microscopico rappresenta da molto tempo un problema scientifico aperto, la cui soluzione è resa urgente dall'esplosione delle nanotecnologie e dalla corsa verso la miniaturizzazione dei componenti high-tech a componenti mobili. Tale comprensione si scontra tuttavia con la natura straordinariamente complessa dei processi e dei sistemi da investigare, caratterizzati dalle dinamiche nascoste che avvengono nell'intimo contatto fra materiali in moto relativo.
Ma a volte accade che l'impasse in un campo di ricerca possa beneficiare dall'evoluzione in un altro campo, in apparenza scorrelato. È il caso del fortunato incontro tra lo studio dell'attrito e quello dei sistemi colloidali, sfociato in un lavoro su PNAS firmato da Andrea Vanossi, Erio Tosatti e Nicola Manini, ricercatori affiliati a vario titolo alla SISSA, al CNR-IOM, e al Centro Internazionale di Fisica Teorica di Trieste, nonché segnatamente al Dipartimento di Fisica dell'Università degli Studi di Milano.
I colloidi sono particolari miscele che fanno parte della nostra quotidianità - sono colloidi il latte, la maionese, l'asfalto, il fumo – e che si differenziano a seconda dello stato della sostanza dispersa e di quella disperdente (possono quindi essere allo stato liquido, solido o gassoso).
Già oggetto di esperimenti iniziali fatti in Germania, i colloidi si sono dimostrati nel lavoro appena pubblicato su PNAS gli strumenti ideali per indagare la complessa realtà dei fenomeni di attrito su scala nanometrica. I ricercatori hanno riprodotto tramite simulazioni del tutto nuove il moto di questi colloidi nel liquido in cui sono immersi rendendo possibile seguire la dinamica dettagliata delle singole particelle di un colloide in condizioni di attrito. Studiando i moti di questi sistemi di micro particelle, i ricercatori sono stati in grado di analizzare le forze di attrito con una precisione e un dettaglio mai sperimentati prima.
"Le potenzialità messe in luce da questo studio sono molto concrete", spiega Nicola Manini, uno dei componenti del team di ricerca. "Pensate alla miniaturizzazione dei componenti hi-tech nanotecnologici, già diffusi nell'industria automobilistica e dei cellulari: controllare meglio l'attrito delle parti mobili consentirà di migliorare i motori e gli interruttori di dimensioni inferiori al micron, rendendoli più efficienti ed affidabili".
Questo studio ha consentito in particolare di esaminare come cambia il movimento dei gruppi di colloidi al variare dei parametri dell'attrito, quali la velocità di scorrimento, la geometria del contatto, l'ampiezza del potenziale periodico generato da un laser, cioè la corrugazione delle superfici cristalline. Queste ed altre caratteristiche ancora, come la possibilità futura di estendere simulazioni ed esperimenti a scale maggiori, propongono i sistemi colloidali come un nuovo ruolo di strumento di indagine nella complessa e nascosta realtà dei fenomeni di attrito.
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