Attrito microscopico: nuove scoperte dai sistemi colloidali

A volte nella storia della scienza capita che un problema che sembra irrisolvibile in una materia, venga risolto attraverso la scoperta proveniente da un altro ambito. E’ ciò che è successo ai ricercatori italiani di SISSA – CNR-IOM, Centro Internazionale di Fisica Teorica di Trieste e Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Milano, che sono riusciti a capire a gettare luce sui meccanismi dell’attrito microscopico grazie ai colloidi. La ricerca è stata pubblicata su PNAS.

Conoscere le dinamiche dell’attrito microscopico è utile per la ricerca sulle nanotecnologie, soprattutto nell’ambito della miniaturizzazione dei componenti high-tech a componenti mobili. 

L’argomento però non è affatto semplice, viste le complesse e innumerevoli interazioni che avvengono fra diversi materiali a livello microscopico.
 
Nel caso dello studio in questione, una ricerca sui sistemi colloidali si è ben intrecciata con una sull’attrito gettando luce su alcuni aspetti ad oggi nascosti.

I colloidi sono particolari miscele che fanno parte della nostra quotidianità – sono colloidi il latte, la maionese, l’asfalto, il fumo – e che si differenziano a seconda dello stato della sostanza dispersa e di quella disperdente (possono quindi essere allo stato liquido, solido o gassoso).

Come si comportano i colloidi in condizioni di attrito? Per rispondere a questa domanda i ricercatori hanno riprodotto tramite simulazioni del tutto nuove il moto di questi colloidi nel liquido in cui sono immersi rendendo possibile seguire la dinamica dettagliata delle singole particelle di un colloide in condizioni di attrito. Studiando i moti di questi sistemi di micro particelle, i ricercatori sono stati in grado di analizzare le forze di attrito con una precisione e un dettaglio mai sperimentati prima.
 
“Le potenzialità messe in luce da questo studio sono molto concrete”, spiega Nicola Manini, uno dei componenti del team di ricerca. “Pensate alla miniaturizzazione dei componenti hi-tech nanotecnologici, già diffusi nell’industria automobilistica e dei cellulari: controllare meglio l’attrito delle parti mobili consentirà di migliorare i motori e gli interruttori di dimensioni inferiori al micron, rendendoli più efficienti ed affidabili”. 

Questo studio ha consentito in particolare di esaminare come cambia il movimento dei gruppi di colloidi al variare dei parametri dell’attrito, quali la velocità di scorrimento, la geometria del contatto, l’ampiezza del potenziale periodico generato da un laser, cioè la corrugazione delle superfici cristalline.

I colloidi dunque, dopo questa ricerca, dimostrano di essere fondamentali per lo studio dell’attrito in futuro