Colloidi:miscele di particelle costituite da una sostanza, dispersi in un'altra sostanza - spuntano in numerosi settori della vita quotidiana, compresi i cosmetici, cibo e coloranti, e formare importanti sistemi all'interno dei nostri corpi. Comprendere il comportamento dei colloidi ha quindi implicazioni di vasta portata, tuttavia, è stato difficile studiare la rotazione delle particelle sferiche. Ora, un team internazionale che comprende ricercatori dell'Istituto di scienze industriali dell'Università di Tokyo ha creato particelle con un nucleo decentrato o "occhio" che può essere tracciato utilizzando la microscopia. I loro risultati sono pubblicati in Revisione fisica X .

Le particelle sospese in un liquido si spostano da un luogo all'altro per effetto del moto browniano, che può essere facilmente rilevato con un microscopio. Però, anche queste particelle ruotano, che è molto più difficile vedere se sono sferici.

I ricercatori hanno superato questo problema creando particelle fatte di due colori diversi dello stesso materiale. La sfera centrale, che chiamano occhio, è decentrata rispetto alla superficie della particella. Fornisce un punto che può essere seguito al microscopio per determinare i cambiamenti di orientamento mentre la particella ruota.

"La rotazione di una particella colloidale ci parla dell'idrodinamica circostante - il movimento del liquido in sospensione - e delle forze di contatto, come l'attrito. Però, per ottenere il quadro completo in una densa sospensione, tutte le particelle devono essere tracciate contemporaneamente, ", spiega l'autore corrispondente dello studio, il professor Hajime Tanaka. "Oltre a fornire un punto da seguire nel tempo, la densità e l'indice di rifrazione delle nostre particelle possono essere abbinati in modo da acquisire le immagini 3D necessarie".

Seguendo una densa sospensione di particelle cariche che formano un cristallo colloidale, che ha una disposizione ordinata delle particelle, si è scoperto che la rotazione delle sfere vicine era accoppiata e si muoveva in direzioni opposte, come ingranaggi ingranati.

Inoltre, un sistema con particelle non cariche ha mostrato che c'era una relazione tra la cristallinità locale - l'ordinamento nelle immediate vicinanze - e la diffusività rotazionale, che descrive il processo di riequilibrio dell'orientamento.

I ricercatori hanno anche osservato il movimento rotatorio "stick-slip" tra le particelle che entrano in contatto, dove un grande vicino potrebbe fermare il moto di una particella per attrito.

"Il nostro sistema ha fornito informazioni tanto necessarie sull'accoppiamento idrodinamico e per attrito in colloidi molto densi, ", afferma un altro autore corrispondente, il professor Roel Dullens. "Ci aspettiamo che i nostri risultati abbiano un impatto significativo sulla progettazione di processi industriali che coinvolgono colloidi, così come sulla comprensione dei processi biologici."