Sei in ufficio. Hai scritto un rapporto e premi stampa. Vai alla stampante e recupera il fresco, carta stampata a getto d'inchiostro. Mentre ammiri il tuo lavoro, sapevi che gli scienziati considerano la carica delle particelle nell'inchiostro liquido per una migliore qualità di stampa? Sapevi che la comprensione delle cariche delle particelle consente agli ingegneri di aggregare (raccogliere) o disperdere le vernici in base a tali interazioni di particelle?

Un tensioattivo è qualcosa che viene aggiunto a un liquido (in questo studio), per farlo agire con altre superfici. Le persone usano quotidianamente i tensioattivi a casa con i saponi, detersivi e shampoo per aiutare a rimuovere lo sporco dalle superfici. I tensioattivi hanno anche importanti usi industriali come nel rivestimento di tubazioni per ridurre la resistenza. Come si può immaginare, comprendere come l'effetto delle cariche delle particelle nei liquidi possa avere un impatto significativo sul funzionamento dei tensioattivi e sull'efficienza dei sistemi. Fino ad ora, c'era un'assenza di esplorazione su come il flusso di liquidi influenzi le cariche delle particelle nel liquido, superfici e tensioattivi.

Per indagare sul flusso, Cathy McNamee e Hayato Kawakami della Shinshu University hanno costruito un apparato in cui hanno combinato un microscopio a forza atomica, pompa peristaltica e telecamera per catturare visivamente il liquido nel processo di flusso. Hanno usato particelle di silice e wafer di silicio, sia con superfici caricate negativamente in presenza di tensioattivi ionici. Un tensioattivo ionico ha una "testa" che attira l'acqua e una "coda" che respinge l'acqua. Un tensioattivo negativo e positivo della stessa lunghezza della catena è stato utilizzato per determinare l'effetto della carica sulle forze, sodio dodecil solfato (tensioattivo anionico) e dodecil trimetilammonio bromuro (tensioattivo cationico).

McNamee e Kawakami sono stati in grado di determinare che:

• L'adsorbimento dei tensioattivi alle particelle può cambiare quando il flusso del liquido cambia le forze tra le particelle cariche.
• Quando la carica del tensioattivo era la stessa della superficie, il flusso del liquido non ha aumentato l'adsorbimento dei tensioattivi sulle superfici delle particelle, ma ha aumentato il numero di ioni vicino alle superfici. Le forze repulsive interparticellari sono leggermente diminuite.
• Quando la carica del tensioattivo era opposta alle particelle, una bassa concentrazione di flusso di tensioattivo ha aumentato l'adsorbimento dei tensioattivi sulle superfici delle particelle. Ciò ha cambiato le forze tra le particelle e potrebbe cambiare le attrazioni in repulsioni se fosse stata utilizzata la concentrazione di tensioattivo appropriata. Con elevate concentrazioni di tensioattivo dove la carica delle superfici cambia in assenza di flusso, flusso tendeva ad aumentare la rigidità del film dei tensioattivi adsorbiti.
• Potrebbe essere possibile controllare la capacità di aggregazione delle particelle cariche con la portata se si utilizzano il tipo e la concentrazione di tensioattivo appropriati.

Il professor McNamee ha scoperto che la portata può essere utilizzata per controllare l'aggregazione e la dispersione delle particelle cariche, consentendo un uso minore di tensioattivo. Durante gli usi del mondo reale come il trattamento dell'acqua, è possibile rimuovere impurità e sostanze nocive utilizzando cariche per raccogliere o respingere determinate sostanze. Anche i nostri corpi usano abilmente i tensioattivi, pure. Sali biliari, (un tensioattivo!) aiuta la digestione. Le potenziali applicazioni di questa ricerca spaziano dalla medicina, come il citometro a flusso a tutti gli aspetti dell'industria.