Colloïdes - mélanges de particules constituées d'une substance, dispersés dans une autre substance — surgissent dans de nombreux domaines de la vie quotidienne, y compris les cosmétiques, nourriture et teintures, et forment des systèmes importants dans notre corps. Comprendre le comportement des colloïdes a donc de vastes implications, pourtant, étudier la rotation des particules sphériques a été un défi. Maintenant, une équipe internationale comprenant des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo a créé des particules avec un noyau excentré ou « œil » qui peuvent être suivis par microscopie. Leurs conclusions sont publiées dans Examen physique X .

Les particules en suspension dans un liquide se déplacent d'un endroit à un autre en raison du mouvement brownien, qui peut être facilement détecté avec un microscope. Cependant, ces particules tournent également, ce qui est beaucoup plus difficile à voir s'ils sont sphériques.

Les chercheurs ont surmonté cela en créant des particules composées de deux couleurs différentes du même matériau. La sphère centrale, qu'ils appellent l'œil, est décentrée à la surface de la particule. Il fournit un point qui peut être suivi au microscope pour déterminer les changements d'orientation lorsque la particule tourne.

"La rotation d'une particule colloïdale nous renseigne sur l'hydrodynamique environnante - le mouvement du liquide en suspension - et les forces de contact, comme le frottement. Cependant, pour obtenir l'image complète dans une suspension dense, toutes les particules doivent être suivies en même temps, " explique l'auteur correspondant de l'étude, le professeur Hajime Tanaka. " En plus de fournir un point à suivre dans le temps, la densité et l'indice de réfraction de nos particules peuvent être adaptés afin que les images 3D nécessaires puissent être acquises."

En suivant une suspension dense de particules chargées formant un cristal colloïdal - qui a un arrangement ordonné de particules - il a été constaté que la rotation des sphères voisines était couplée et déplacée dans des directions opposées, comme des engrenages engrenés.

En outre, un système avec des particules non chargées a montré qu'il y avait une relation entre la cristallinité locale - l'ordre dans l'environnement immédiat - et la diffusivité rotationnelle, qui décrit le processus de retour à l'équilibre de l'orientation.

Les chercheurs ont également observé un mouvement de rotation "stick-slip" entre les particules qui entrent en contact, où un grand voisin pourrait arrêter le mouvement d'une particule par friction.

"Notre système a fourni des informations indispensables sur le couplage hydrodynamique et frictionnel dans des colloïdes très denses, " déclare l'autre auteur correspondant, le professeur Roel Dullens. " Nous nous attendons à ce que nos découvertes aient un impact significatif sur la conception de procédés industriels impliquant des colloïdes, ainsi que sur la compréhension des processus biologiques.