I ricercatori dell'Istituto di scienze industriali (IIS) dell'Università di Tokyo riportano un nuovo modello fisico che mostra come la topologia di un materiale poroso influenzi la separazione di fase delle miscele binarie. Il modello utilizza due variabili, il campo di densità di una struttura porosa e il campo di composizione di una miscela binaria, per mostrare che la topologia ha effetti molto diversi sulla separazione di fase a seconda che la struttura porosa sia casuale e sia 2-D o 3-D. Lo studio può essere letto in Progressi scientifici .

Professore IIS Hajime Tanaka, che ha condotto lo studio, spiega che la smiscelazione, la separazione di fase delle miscele binarie, nei materiali porosi dipende da due fattori. "Separazione di fase, la bagnabilità della superficie e la struttura geometrica del poro sono tutte interconnesse. La struttura dipende dalle dimensioni e dalla topologia. È molto difficile studiare la topologia".

Comprendere questa influenza ha applicazioni in campi molto diversi tra cui batteria, diagnostica medica ed estrazione dell'olio.

Precedenti studi hanno generalmente ipotizzato che i pori possano essere approssimati per essere un insieme di cilindri diritti, ma in realtà, le forme sono casuali, e può assumere diverse topologie, complicando la cinetica della separazione. Per comprendere questi effetti, Tanaka e il suo collaboratore, Dott. Ryotaro Shimizu, sviluppato un nuovo modello del campo di fase per osservare come due sostanze miste si separano quando immerse in un materiale poroso a diversi livelli di bagnabilità superficiale e due diverse topologie, 2-D o 3-D. Il modello ha mostrato una chiara relazione tra demiscelazione e umidità, ma uno che è stato fortemente influenzato dalla topologia.

"Solo le strutture porose 3D possono essere bicontinue, " disse Shimizu.

Il significato di questa distinzione porta a conformazioni uniche nelle strutture 3D che Shimizu chiama "strutture a doppia rete". Il risultato è una cinetica diversa nella separazione di fase a causa delle diverse topologie nella struttura dei pori.

"Il nostro studio mostra che la differenza nella geometria dei pori provoca drastiche differenze nella separazione di fase, " disse Tanaka.