Découverte d’une nouvelle loi de séparation de phase – Technoguide

Des chercheurs de l’Institut des sciences industrielles de l’Université de Tokyo ont étudié le mécanisme de séparation de phase en deux phases avec des mobilités de particules très différentes à l’aide de simulations informatiques. Ils ont découvert que la dynamique lente des réseaux connectés complexes contrôle le taux de démixtion, ce qui peut aider à la conception de nouveaux matériaux poreux fonctionnels, comme les batteries lithium-ion.

Selon le vieil adage, l’huile et l’eau ne se mélangent pas. Si vous essayez de le faire de toute façon, vous verrez le processus fascinant de séparation de phases, dans lequel les deux liquides non miscibles se «démixent» spontanément. Dans ce cas, la phase minoritaire forme toujours des gouttelettes. Contrairement à cela, les chercheurs ont constaté que si une phase a une dynamique beaucoup plus lente que l’autre phase, même la phase minoritaire forme des réseaux complexes au lieu de gouttelettes. Par exemple, dans la séparation de phase de suspensions colloïdales (ou de solutions protéiques), la phase riche en colloïdes (ou riche en protéines) avec une dynamique lente forme une structure de réseau couvrant l’espace. La structure du réseau s’épaissit et grossit avec le temps tout en ayant la propriété remarquable de se ressembler sur une gamme d’échelles de longueur, de sorte que les pièces individuelles ressemblent à l’ensemble.

Dans le cas d’un démixage spontané, la propriété auto-similaire fait augmenter la taille typique des domaines en fonction du temps écoulé tout en obéissant à une loi de puissance. Les théories classiques prédisent que l’exposant de croissance des domaines devrait être respectivement de 1/3 et 1 pour les structures en gouttelettes ou bicontinues. Cependant, pour la séparation de phase formant un réseau, il n’a pas été exploré comment la structure se développe ou s’il existe une telle loi.

Maintenant, à l’aide de simulations informatiques à grande échelle, des chercheurs de l’Université de Tokyo ont étudié comment la taille typique des domaines de phase croît avec le temps lorsqu’un système est profondément éteint. “Dans une telle situation, la mobilité des particules peut être significativement différente entre les deux phases, et ensuite, la théorie classique ne s’applique pas nécessairement”, explique le premier auteur Michio Tateno. L’équipe a étudié la séparation de phase d’un fluide en un gaz et un liquide et la démixtion d’une suspension colloïdale composée de particules insolubles et d’un liquide, en utilisant respectivement des simulations de dynamique moléculaire et des calculs hydrodynamiques. Ils ont constaté que la phase minoritaire de la dynamique lente forme universellement une structure de réseau qui se développe avec un exposant de croissance de 1/2, et ont fourni une explication théorique du mécanisme.

«Des différences significatives dans la mobilité des particules entre les deux phases jouent un rôle essentiel dans le contrôle de la vitesse du processus de démixage», explique l’auteur principal Hajime Tanaka. Étant donné que de nombreux appareils, comme les batteries rechargeables et les catalyseurs, reposent sur la création de réseaux poreux complexes, cette recherche peut conduire à des progrès dans ces domaines. En outre, il peut mettre en lumière certaines fonctions cellulaires qui ont été supposées être contrôlées par des séparations de phases biologiques internes.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Institut des sciences industrielles de l’Université de Tokyo. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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