Des chercheurs de l'UE ont montré comment les petites particules nanotechnologiques en suspension dans un liquide se séparent par taille à mesure que le liquide s'évapore, un effet qui peut conduire à des techniques de fabrication de structures en couches qui améliorent les performances de nombreux produits du quotidien, comme la crème solaire et l'électronique.
Le projet BARRIER PLUS financé par l'UE a publié les résultats d'expériences où ils ont pu démontrer avec succès, à la fois théoriquement et expérimentalement, cette peinture constituée de deux particules de deux tailles différentes, s'ils sont assez grands, séparer pendant le séchage.
Le résultat est que les particules plus petites, qui sont à l'échelle nanotechnologique à seulement un millième de cheveu humain, former une couche au-dessus des plus grandes, une technique entièrement nouvelle. En produisant des colloïdes qui sèchent en une structure à deux couches, l'effet peut permettre la création de produits cosmétiques et d'appareils électroniques aux propriétés nouvelles.
Comme le liquide dans un colloïde de séchage s'évapore, les particules au-dessous du service sont forcées à se rapprocher car le mouvement brownien entraîne une bousculade aléatoire des particules. Pour les particules plus petites, Le mouvement brownien est plus rapide, ils sont donc plus facilement capables de se redistribuer à mesure que le volume colloïdal diminue. Les particules plus grosses sont incapables de s'éloigner aussi rapidement et s'accumulent donc à l'interface surface-air.
Les chercheurs qui ont étudié des colloïdes contenant des particules de différentes tailles ont découvert que pour certains taux d'évaporation, les particules plus grosses se concentraient au sommet du film de séchage tandis que les particules plus petites étaient réparties de manière plus uniforme. Il était largement admis qu'il en allait de même pour tous les taux d'évaporation.
Stratification inattendue et imprévisible
Cependant, Les chercheurs de BARRIER PLUS basés à l'Université de Surrey, ROYAUME-UNI, découvert exactement le contraire, lorsqu'ils ont examiné de plus près une suspension contenant deux tailles de particules. La stratification qu'ils ont trouvée n'était ni attendue ni prédite, et à ce titre passé plusieurs mois à vérifier leurs résultats, effectuer à la fois des simulations informatiques détaillées et des expériences en laboratoire sur des colloïdes à base d'eau contenant des particules sphériques de deux tailles.
L'équipe a modélisé des suspensions contenant des particules grandes et petites avec divers rapports de taille et plusieurs rapports de population différents. Au fur et à mesure que l'eau s'évapore, les plus petites sphères se sont déplacées vers le haut, tandis que les plus gros descendaient. L'effet s'est produit pour des rapports granulométriques allant de 2:1 à 14:1, mais seulement lorsque le nombre de petites particules était supérieur au nombre de grosses d'un facteur 200 ou plus.
Ils ont ensuite vérifié l'effet en utilisant des particules acryliques de diamètres 385 et 55 nanomètres en suspension dans l'eau, marquage des sphères plus grandes avec un colorant fluorescent rouge. Après séchage des colloïdes, les chercheurs ont de nouveau découvert que la division des particules s'était à nouveau produite, mais seulement à condition que le rapport numérique des petites et des grosses particules soit supérieur à 200.
Opportunités d'innovation
Suite aux expériences BARRIER PLUS, ce processus de stratification des particules pourrait conduire au développement de produits nouveaux et innovants dans un large éventail d'industries. Un exemple est la lotion crème solaire, où les particules bloquant la lumière du soleil pourraient être conçues vers le haut lorsqu'elles sont appliquées, laissant les particules qui collent à la peau en dessous. Il existe également des possibilités pour l'industrie électronique, en tant que revêtement pour téléphone mobile pourrait être développé avec des propriétés doubles, tels que la résistance aux rayures sur le dessus et la capacité d'adhérer au verre au fond.
