L'astronauta della NASA Ricky Arnold esegue la manutenzione dell'Advanced Colloids Experiment Module situato all'interno del Light Microscopy Module. Credito:NASA
Se pensi che la tua gelatina di fragole non sia collegata ai terremoti, pensa di nuovo.
Una nuova indagine sulla Stazione Spaziale Internazionale, Esperimento-Temperatura-10 dei colloidi avanzati (ACE-T-10), sta usando i cambiamenti di temperatura per capire meglio come i colloidi, o "solidi disordinati", invecchiano o si guastano. Comprendere questo rilassamento dello stress nei solidi disordinati può fornire suggerimenti sugli eventi sismici sulla terra. Questo esperimento potrebbe anche giovare alla futura esplorazione della Luna, Marte e oltre, fornendo informazioni sul fallimento materiale.
I colloidi sono materiali in cui nanoparticelle o piccole goccioline di un materiale sono disperse in un fluido. Questi materiali morbidi sono comuni nella vita quotidiana; esempi sono la panna montata, gelatina, ammorbidente, latte e acqua fangosa.
ACE-T-10 studia i colloidi in cui l'attrazione tra le nanoparticelle diventa più forte con l'aumento della temperatura. Mentre a temperatura ambiente, il colloide si comporta come un liquido. Quando la sospensione viene riscaldata a una temperatura superiore a circa 40°C, le particelle si attaccano rapidamente l'una all'altra, formando una rete rigida in grado di sostenere il proprio peso, un processo chiamato gelificazione.
Il Light Microscopy Module (LMM) consente una nuova ricerca sui fenomeni microscopici in microgravità, con la capacità di acquisire e scaricare in remoto immagini e video digitali attraverso molti livelli di ingrandimento in 3D utilizzando la microscopia confocale. Credito:NASA
Questo è simile a ciò che accade nella tempera del vetro. Però, la gelificazione rapida produce sollecitazioni nel materiale che si rilassano progressivamente attraverso una cascata di eventi di ristrutturazione simili a "micro-terremoti". Le scosse di assestamento alla fine inducono eventi di ristrutturazione più grandi che coinvolgono l'intero gel. Questi drammatici sconvolgimenti della struttura del gel possono essere previsti, almeno statisticamente, perché sono preannunciati da un'osservabile fase "nervosa". Le immagini di microscopia confocale ACE-T-10 consentite dalla stazione spaziale potrebbero consentire agli scienziati di evidenziare la rottura di questi microscopici filamenti di gel che si prevede si trovi sotto questi curiosi tremori.
"La temperatura gioca un duplice ruolo in questo, " ha detto il Primary Investigator Roberto Piazza. "È il fattore che cambia le interazioni tra le particelle, facendoli aderire insieme; allo stesso tempo, è il motore che favorisce la ristrutturazione spontanea del gel. Sulla terra, però, la gravità agisce come un ulteriore stress sul materiale che può influenzare il modo in cui il gel si ristruttura. Gli esperimenti in microgravità sono obbligatori per quantificare se la gravità (peso del gel) gioca un ruolo rilevante o meno".
Il laboratorio della stazione spaziale offre anche altri vantaggi. "Il modulo di microscopia ottica (LMM) della stazione spaziale nel Fluids Integrated Rack consente agli scienziati di controllare la temperatura del sistema e fornisce una struttura 3-D del materiale, " disse Stefano Buzzaccaro, co-investigatore per ACE-T-10. "In collaborazione con l'Agenzia Spaziale Europea (ESA), stiamo sviluppando una configurazione di diffusione della luce che, in combinazione con il confocale LMM, ci dà tutto quello che ci serve per cercare di capire il problema della gelificazione".
Simile ai colloidi, la crosta terrestre rilascia anche stress attraverso i terremoti. ACE-T-10 potrebbe fornire informazioni sugli eventi che anticipano questi terremoti, consentendo agli scienziati di fornire previsioni migliori su quando potrebbero accadere.
Un gel colloidale diventa grossolano quando la sua temperatura viene aumentata. Crediti:Stefano Buzzaccaro, Soft Matter Lab al Politecnico di Milano
Può anche contribuire alle previsioni relative alla durata di conservazione del prodotto e al cedimento dei materiali strutturali in strade e ponti.
"Questo è particolarmente importante quando sei su Marte e devi costruire materiali usando la crosta marziana, " ha detto Buzzaccaro. "Puoi trovare un metodo per monitorare il danneggiamento del materiale che usi e prevederne il fallimento".
Spunti di riflessione quando prepari il tuo prossimo panino con colloide e burro di arachidi.
