Nella nostra vita quotidiana non è raro vedere lo stesso materiale in stati diversi. Prendiamo ad esempio l'acqua:è un liquido a temperatura ambiente, possiamo convertirci in ghiaccio quando raffreddato al di sotto di 0°C e diventa un gas quando riscaldato sopra i 100°C. I passaggi tra questi diversi stati della materia sono chiamati transizioni di fase.

Le transizioni di fase sono l'espressione dell'organizzazione e delle interazioni di molecole e atomi all'interno dei materiali, e per questo motivo sono stati ampiamente studiati dai fisici, chimici, biologi, e molti altri.

Alcune transizioni di fase, sebbene previsto dalla teoria, rimangono sfuggenti e la loro esistenza non può essere verificata con esperimenti, a causa delle dure condizioni in cui si verificano. Questo è il caso della transizione adsorbimento/desorbimento dei polimeri.

I polimeri sono lunghe molecole costituite dalla ripetizione, spesso più di mille volte, della stessa unità, chiamato monomero. Questa particolare struttura fa emergere una serie di proprietà interessanti. Per esempio, una molecola polimerica può aderire fortemente su una superficie anche se l'interazione tra un singolo monomero e la superficie è molto debole: l'union fait la force . Infatti, per separare l'intera molecola dalla superficie, bisognerebbe rimuovere uno ad uno tutti i monomeri che sono debolmente attaccati, che è molto improbabile che si verifichi. Le catene polimeriche sono quelle considerate irreversibilmente adsorbite, questo è, si suppone che una catena polimerica aderisca a una superficie, per un tempo estremamente lungo, sostanzialmente per sempre.

I teorici hanno proposto che lo stato adsorbito sia, Invece, transitorio e, quando riscaldato ben al di sopra della temperatura ambiente, le molecole di polimero dovrebbero desorbirsi e lasciare la superficie. Questa sarebbe la transizione adsorbimento/desorbimento.

Finora, però, nessuno potrebbe verificare queste idee, perché le temperature dove dovrebbe avvenire questa transizione di fase sono molto alte, e il materiale si degrada prima, infine, desorbente.

Ora, scrivendo in Comunicazioni sulla natura Simone Napolitano (Laboratorio di Dinamica dei Polimeri e della Materia Soft, ULB) e i suoi collaboratori, Xavier Monnier e Daniele Cangialosi, dal Donostia International Physics Center e dal Centro de Física de Materiales di San Sebastián (Spagna) hanno potuto accedere sperimentalmente alla transizione adsorbimento/desorbimento.

Unendo l'esperienza di Cangialosi nelle transizioni di fase e quella di Napolitano sull'adsorbimento, il team ha utilizzato una nuova tecnica chiamata calorimetria a scansione rapida, che permette di misurare il calore scambiato da un materiale mentre la temperatura varia molto rapidamente. La tecnica può portare le molecole di polimero dalla temperatura ambiente a 400°C in una frazione di secondo, ed entro questo breve intervallo il materiale non ha il tempo di degradarsi.

Studiando questo fenomeno, Monnier e collaboratori hanno osservato che una piccolissima quantità di calore viene rilasciata dalle catene polimeriche quando si desorbono da una superficie, che ha permesso di classificare l'adsorbimento/desorbimento come una transizione di fase del primo ordine.

Questo è simile a quello che succede al ghiaccio quando lo mettiamo sul tavolo. A bassa temperatura, le molecole stanno insieme grazie ad interazioni che mantengono il materiale allo stato solido. Riscaldando sopra 0°C le interazioni iniziano a svanire, che corrisponde ad uno scambio termico. Lo stesso accade alle catene polimeriche quando si desorbono.

Emmanouil Glynos (Fondazione per la ricerca e la tecnologia-Hellas), esperto di fisica dei polimeri ha commentato, "Monnier et al sono stati in grado di osservare il desorbimento riscaldando un sottile strato di polimero, un risultato netto che non è stato raggiunto prima. La calorimetria veloce ha permesso loro di caratterizzare completamente questa sfuggente transizione di fase, questo è un incredibile progresso dello stato dell'arte della fisica della materia soffice".

Oltre all'enorme progresso dello studio delle transizioni di fase, questo studio apre a nuovi metodi per adattare le proprietà dei nanomateriali come rivestimenti intelligenti, elettronica flessibile e altro ancora. Le proprietà di questi sistemi innovativi, infatti, dipende da quante molecole vengono adsorbite, e gli autori anticipano che padroneggiando adeguatamente la transizione adsorbimento/desorbimento sarà possibile fabbricare materiali più performanti e più durevoli.