Sono raffigurate aste Janus con le stesse caratteristiche superficiali tranne che per la geometria del rivestimento. Le particelle assumono orientamenti completamente diversi, il che implica che assumono anche proprietà meccaniche diverse per l'interfaccia complessiva. Credito:Giovanniantonio Natale
Prendendo il nome da un dio romano, le particelle di Giano si riferiscono a nanoparticelle che possiedono superfici con due o più proprietà chimiche fisiche distinte.
Le speciali nanoparticelle sono state introdotte nella comunità scientifica dal premio Nobel del 1991 Pierre-Gilles de Gennes, il quale ha sottolineato che "gli oggetti con due lati di diversa bagnabilità hanno il vantaggio unico di autoassemblarsi densamente alle interfacce liquido-liquido" e di conseguenza , generando nuove strutture colloidali.
L'asimmetria chimica risultante ha portato alla scoperta di nuove e insolite proprietà molecolari, rendendo le particelle Janus rilevanti per un'ampia gamma di applicazioni, dalla biomedicina ai tessuti idrorepellenti alla fabbricazione di membrane con proprietà sintonizzabili.
In Fisica dei fluidi , i ricercatori dell'Università di Calgary, in Alberta, Canada, utilizzano simulazioni di dinamica delle particelle dissipative (DPD) per esaminare la diffusione traslazionale delle nanoparticelle di Janus all'interfaccia tra due fluidi immiscibili, incapaci di mescolarsi o raggiungere l'omogeneità.
Concentrandosi su un ammasso di particelle sferiche utilizzate per creare un corpo rigido di bastoncini di Janus, le simulazioni fanno luce sul comportamento dinamico delle nanoparticelle, con rivestimenti superficiali e dimensioni variabili, a un'interfaccia acqua-olio. L'opera rivela una forte influenza della loro forma sul loro orientamento all'interfaccia così come sulla loro mobilità.
"Di conseguenza, queste diverse risposte individuali modificano la tensione interfacciale dell'intero sistema, che ha un impatto sulla reologia e, quindi, sugli schemi di elaborazione", ha affermato il coautore Giovanniantonio Natale.
Natale ei suoi colleghi descrivono un effetto "ribaltamento e burattatura" dovuto alla presenza di minimi energetici locali all'interfaccia, un effetto che varia con le proporzioni delle aste Janus e la copertura superficiale dei loro rivestimenti.
È stato dimostrato che la tensione interfacciale si riduce con l'aumento delle proporzioni poiché le particelle si spostano da una posizione verticale a un orientamento inclinato. La tensione si riduce quando i rivestimenti sono orizzontali anziché verticali, poiché le particelle sono più stabilizzate nel loro orientamento.
In teoria, questi risultati implicano che le caratteristiche geometriche delle particelle di Giano possono essere modificate senza che la loro chimica superficiale venga alterata per produrre emulsioni stabili o instabili.
Complessivamente, il lavoro fornisce informazioni significative e fondamentali sulla dinamica e sull'autoassemblaggio di particelle browniane anisotropiche alle interfacce, che potrebbero informare meglio la progettazione e la fabbricazione di interfacce ingegnerizzate.
"Inoltre, possiamo utilizzare le nostre simulazioni DPD per ottimizzare i sistemi su scala nanometrica, dove eseguire e caratterizzare esperimenti è spesso estremamente impegnativo e richiede tempo", ha affermato Natale. + Esplora ulteriormente
