(PhysOrg.com) -- La bagnabilità -- il grado in cui un liquido si diffonde su una superficie o si forma in goccioline -- è cruciale per un'ampia varietà di processi. Influenza, Per esempio, quanto facilmente si appanna il parabrezza di un'auto, e influisce anche sul funzionamento delle batterie avanzate e dei sistemi di celle a combustibile.

Fino ad ora, l'unico modo per quantificare questa importante caratteristica della superficie di un materiale è stato misurare le forme delle goccioline che si formano su di esso, e questo metodo ha una risoluzione molto limitata. Ma un team di ricercatori del MIT ha trovato un modo per ottenere immagini che migliorano la risoluzione di tali misurazioni di un fattore 10, 000 o più, consentendo una precisione senza precedenti nel determinare i dettagli delle interazioni tra liquidi e superfici solide. Inoltre, il nuovo metodo può essere utilizzato per studiare curve, superfici solide strutturate o complesse, qualcosa che non si poteva fare prima.

“Questo è qualcosa che era impensabile prima, “dice Francesco Stellacci, il professore associato Paul M. Cook per lo sviluppo della carriera di scienza e ingegneria dei materiali al MIT, capo del team che ha sviluppato il nuovo metodo. “Ci permette di fare una mappa della bagnatura, " questo è, una visione dettagliata di come esattamente il liquido interagisce con la superficie fino al livello delle singole molecole o atomi, al contrario della sola interazione media dell'intera gocciolina.

Il nuovo metodo è descritto in un articolo apparso il 25 aprile sulla rivista Nanotecnologia della natura . L'autore principale è il borsista postdottorato Kislon Voďtchovsky, e il documento è coautore di Stellacci e altri al MIT, in Inghilterra, e in Italia. Stellacci spiega che la capacità di ottenere immagini così dettagliate è importante per lo studio di processi come la catalisi, corrosione e il funzionamento interno di batterie e celle a combustibile, e molti processi biologici come le interazioni tra proteine.

Per esempio, Voďtchovsky dice, nella ricerca biologica, “potresti avere un campione molto disomogeneo, con tutti i tipi di reazioni in corso ovunque. Ora possiamo identificare alcune aree specifiche che innescano una reazione”.

Il metodo, sviluppato con il sostegno del Fondo nazionale svizzero per la scienza e della Fondazione Packard, funziona modificando la programmazione che controlla un microscopio a forza atomica (AFM). Questo dispositivo utilizza una punta acuminata montata su un cantilever vibrante, che scansiona la superficie di un campione e reagisce alla topologia e alle proprietà del campione per fornire immagini altamente dettagliate. Stellacci e il suo team hanno variato un parametro chiave di imaging:fanno vibrare il punto solo di pochi nanometri (al contrario di decine o centinaia di nanometri, che è tipico).

"Facendo così, in realtà migliori la risoluzione dell'AFM, “Spiega Stellacci. La conseguente delibera, abbastanza fine da mappare le posizioni dei singoli atomi o molecole, è “ineguagliato prima con strumenti commerciali, " lui dice. Tale risoluzione era stata realizzabile in precedenza con AFM specializzati molto costosi, di cui solo pochi esistono al mondo, ma ora può essere eguagliato dai modelli commerciali molto più comuni, di cui ce ne sono migliaia. Stellacci e i suoi colleghi pensano che la risoluzione migliorata derivi dal modo in cui la punta vibrante fa sì che l'acqua spinga ripetutamente contro la superficie e vi disperda la sua energia, ma questa spiegazione resta da testare e confermare da altri ricercatori.

Con la loro dimostrazione di entrambi un 10, Miglioramento di 000 volte nella risoluzione per la funzione specifica di misurare la bagnatura delle superfici e un miglioramento di 20 volte nella risoluzione complessiva dell'AFM a basso costo, Stellacci afferma che non è chiaro quale di queste applicazioni finirà per avere un impatto maggiore.

Arvind Raman, un professore e studioso di facoltà universitaria in ingegneria meccanica presso la Purdue University, concorda sul fatto che questi progressi hanno un potenziale significativo. Il metodo dimostrato da questo team, in cui Raman non era coinvolto, “può raggiungere regolarmente la risoluzione atomica su superfici dure anche con sistemi AFM commerciali, e fornisce una grande visione fisica delle condizioni ottimali in cui ciò può essere raggiunto, entrambi risultati molto significativi, " lui dice. "Penso davvero che molti nel campo dell'AFM salteranno su questo e cercheranno di usare la tecnica".

Raman aggiunge che mentre l'interpretazione del team del perché il metodo funziona così come offre "un possibile meccanismo dietro la formazione dell'immagine, esistono anche altri meccanismi plausibili e dovranno essere studiati in futuro per confermare la scoperta”.