Pesquisadores do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio investigaram o mecanismo de separação de fases nas duas fases com mobilidades de partículas muito diferentes usando simulações de computador. Eles descobriram que a dinâmica lenta de redes conectadas complexas controlam a taxa de demixing, que pode auxiliar no projeto de novos materiais porosos funcionais, como baterias de íon de lítio.

De acordo com o velho ditado, óleo e água não se misturam. Se você tentar fazer de qualquer maneira, você verá o fascinante processo de separação de fases, em que os dois líquidos imiscíveis "se misturam" espontaneamente. Nesse caso, a fase minoritária sempre forma gotículas. Ao contrário disso, os pesquisadores descobriram que se uma fase tem uma dinâmica muito mais lenta do que a outra fase, mesmo a fase minoritária forma redes complexas em vez de gotículas. Por exemplo, na separação de fases de suspensões coloidais (ou soluções de proteína), a fase rica em colóides (ou rica em proteínas) com dinâmica lenta forma uma estrutura de rede que abrange o espaço. A estrutura da rede engrossa e engrossa com o tempo, embora tenha a notável propriedade de parecer semelhante em uma gama de escalas de comprimento, de modo que as partes individuais se assemelham ao todo.

No caso de desmistura espontânea, a propriedade auto-similar faz com que o tamanho típico dos domínios aumente em função do tempo decorrido obedecendo a uma lei de potência. As teorias clássicas preveem que o expoente de crescimento dos domínios deve ser um terço e um para gotículas ou estruturas bicontínuas, respectivamente. Contudo, para separação de fase de formação de rede, não foi explorado como a estrutura cresce ou se existe tal lei.

Agora, usando simulações de computador em grande escala, pesquisadores da Universidade de Tóquio estudaram como o tamanho típico dos domínios de fase cresce ao longo do tempo quando um sistema é desativado profundamente. "Em tal situação, a mobilidade das partículas pode ser significativamente diferente entre as duas fases, e então, a teoria clássica não se aplica necessariamente, "diz o primeiro autor, Michio Tateno. A equipe estudou a separação de fases de um fluido em gás e líquido e a desmistura de uma suspensão coloidal composta de partículas insolúveis e um líquido, usando simulações de dinâmica molecular e cálculos hidrodinâmicos, respectivamente. Eles descobriram que a fase minoritária da dinâmica lenta forma universalmente uma estrutura de rede que cresce com um expoente de crescimento de 1/2, e forneceu uma explicação teórica para o mecanismo.

"Diferenças significativas na mobilidade das partículas entre as duas fases desempenham um papel crítico no controle da velocidade do processo de desmistura, "O autor sênior Hajime Tanaka diz. Porque muitos dispositivos, como baterias recarregáveis ​​e catalisadores, dependem da criação de redes porosas intrincadas, essa pesquisa pode levar a avanços nessas áreas. Além disso, pode lançar luz sobre certas funções celulares que foram hipotetizadas como sendo controladas por separações de fases biológicas internas.

O estudo é publicado em Nature Communications .