Il paradosso della foglia di tè di Einstein potrebbe aiutare a creare aerogel – Physics World

Se mescoli una soluzione colloidale contenente nanoparticelle, potresti aspettarti che le particelle si disperdano uniformemente nel liquido. Ma non è quello che succede. Invece, le particelle finiscono per concentrarsi in una regione specifica e possono persino aggregarsi. Questo risultato inaspettato è un esempio del paradosso della foglia di tè di Einstein, e i ricercatori dell'Università di Tongji in Cina che lo hanno scoperto – quasi per caso – affermano che potrebbe essere utilizzato per raccogliere particelle o molecole da rilevare in una soluzione diluita. È importante sottolineare che potrebbe anche essere utilizzato per realizzare aerogel per applicazioni tecnologiche.

Di solito mescoliamo un liquido per disperdere uniformemente le sostanze in esso contenute. Il fenomeno noto come paradosso delle foglie di tè di Einstein descrive un effetto inverso in cui le foglie in una tazza di tè ben mescolata si concentrano invece in un'area a forma di ciambella e si raccolgono sul fondo al centro della tazza una volta cessata l'agitazione. Anche se questo paradosso è noto da più di 100 anni e si ritiene che sia causato da un effetto di flusso secondario, ci sono pochi studi su come si manifesta per le nanoparticelle in una soluzione agitata.

“Spremitura” di liquidi

I ricercatori guidati da Ai Du della Scuola di Scienze Fisiche e Ingegneria di Tongji University a Shanghai hanno ora simulato il modo in cui le sfere di nanoparticelle d’oro disperse nell’acqua si muovono quando la soluzione viene agitata. Quando hanno calcolato la distribuzione della velocità del flusso del fluido, hanno scoperto che la velocità con cui si muovono le particelle sembra seguire la velocità del flusso del fluido.

“È interessante notare che, dividendo l’intero contenitore in diversi settori, abbiamo anche osservato che la regione ad alta velocità guidata dall’agitatore era anche la regione in cui le particelle si aggregavano”, spiega Du. "Pensiamo che questo fenomeno sia probabilmente dovuto alla 'spremitura' diretta del liquido creato dall'agitatore e derivi dalle differenze di massa tra le nanoparticelle e la fase liquida."

Du dice che lui e i suoi colleghi hanno scoperto l'effetto quasi per caso, grazie a un pacchetto di foglie di tè Longjing che Du ha ricevuto in regalo da un amico. "Bevo questo tè nel mio ufficio quasi ogni giorno lavorativo", racconta Du. “In Cina abbiamo molti modi diversi di preparare il tè, ma io ho scelto il metodo più semplice: aggiungere acqua calda a una tazza contenente il tè sfuso. Anche se mi piace molto il momento del tè, pulire la tazza è meno piacevole. Non puoi gettare le foglie di tè direttamente nel lavandino perché ciò ostruirebbe gli scarichi, quindi aggiungo un po' d'acqua nella mia tazza e poi verso rapidamente il contenuto in un bidone della spazzatura del tè con una rete. Devo ripetere questo procedimento più volte perché alcune foglie di tè finiscono sempre per attaccarsi alle superfici interne della tazza. Questo è uno spreco d'acqua e del mio tempo.

"Un giorno mi sono ricordato del paradosso della foglia di tè di Einstein", racconta Mondo della fisica, “così ho provato a ruotare le foglie di tè e la miscela di acqua ruotando rapidamente la tazza. In questo modo sono riuscito a eliminare tutte le foglie e l’acqua in un colpo solo.”

Velocizzare la gelificazione

Du ha parlato di questo episodio – e della teoria associata – con uno dei suoi studenti di dottorato, Zehui Zhang, che, per coincidenza, aveva problemi con un esperimento in cui stava cercando di preparare aerogel d'oro di elevata purezza disperdendo nanoparticelle d'oro in un soluzione acquosa di cloro. Zhang aveva scelto una tecnica semplice per preparare l'aerogel che non prevedeva alcun tensioattivo, ma questo approccio significava che doveva aspettare quasi una settimana affinché le nanoparticelle d'oro si sedimentassero. Anche il riscaldamento della soluzione non ha accelerato significativamente l'aggregazione.

La miscela colloidale esiste in un massimo di sei fasi contemporaneamente

"Ha scoperto che mescolando la soluzione, la gelificazione avviene in soli 20 minuti", dice Du. “Abbiamo discusso il meccanismo e abbiamo concluso che probabilmente era causato dal paradosso della foglia di tè di Einstein. Ciò ci ha spinto a studiare l’effetto in modo più dettagliato”.

Du dice che il nuovo metodo, che è dettagliato in Anticipi Scienza, potrebbe contribuire a realizzare altri aerogel in futuro e lui e i suoi colleghi hanno già iniziato a preparare diversi tipi di aerogel di metalli e ossidi per testare la loro tecnica. “L’effetto di concentrazione localizzata nel flusso laminare può anche essere utilizzato per raccogliere particelle o molecole da una soluzione diluita, che potrebbe essere utilizzata per il rilevamento di tracce nelle scienze della vita e nell’ingegneria ambientale”, afferma.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/einsteins-tea-leaf-paradox-could-help-make-aerogels/