Des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles (IIS) de l'Université de Tokyo rapportent un nouveau modèle physique qui montre comment la topologie d'un matériau poreux influence la séparation de phases des mélanges binaires. Le modèle utilise deux variables, le champ de densité d'une structure poreuse et le champ de composition d'un mélange binaire, pour montrer que la topologie a des effets très différents sur la séparation de phases selon que la structure poreuse est aléatoire et soit en 2-D soit en 3-D. L'étude peut être lue dans Avancées scientifiques .

IIS professeur Hajime Tanaka, qui a dirigé l'étude, explique que la démixtion, la séparation de phases de mélanges binaires, dans les matériaux poreux dépend de deux facteurs. "Séparation de phases, la mouillabilité de la surface et la structure géométrique du pore sont toutes interconnectées. La structure dépend de la taille et de la topologie. Il est très difficile d'étudier la topologie."

Comprendre cette influence a des applications dans des domaines très différents, y compris la batterie, diagnostic médical et extraction de pétrole.

Des études antérieures ont généralement supposé que les pores peuvent être approchés pour être un assemblage de cylindres droits, mais en réalité, les formes sont aléatoires, et peut prendre différentes topologies, compliquer la cinétique de la séparation. Pour comprendre ces effets, Tanaka et son collaborateur, Dr Ryotaro Shimizu, développé un nouveau modèle de champ de phase pour observer comment deux substances mélangées se séparent lorsqu'elles sont immergées dans un matériau poreux à différents niveaux de mouillabilité de surface et deux topologies différentes, 2D ou 3D. Le modèle a montré une relation claire entre la démixtion et l'humidité, mais celui qui a été grandement influencé par la topologie.

"Seules les structures poreuses 3-D peuvent être bicontinues, " dit Shimizu.

L'importance de cette distinction conduit à des conformations uniques dans les structures 3-D que Shimizu appelle "structures à double réseau". Le résultat est une cinétique différente dans la séparation de phases en raison de différentes topologies dans la structure des pores.

"Notre étude montre que la différence dans la géométrie des pores provoque des différences drastiques dans la séparation des phases, " dit Tanaka.