Forskare vid University of Tokyo Institute of Industrial Science (IIS) rapporterar om en ny fysisk modell som visar hur topologin hos ett poröst material påverkar fasseparationen av binära blandningar. Modellen använder två variabler, densitetsfältet för en porös struktur och sammansättningsfältet för en binär blandning, att visa att topologi har mycket olika effekter på fasseparation beroende på att den porösa strukturen är slumpmässig och antingen 2-D eller 3-D. Studien kan läsas in Vetenskapliga framsteg .

IIS-professor Hajime Tanaka, som ledde studien, förklarar att demixning, fasseparationen av binära blandningar, i porösa material beror på två faktorer. "Fasseparation, ytvätbarhet och porens geometriska struktur är alla sammankopplade. Strukturen beror på storlek och topologi. Det är väldigt svårt att studera topologi."

Att förstå detta inflytande har tillämpningar inom vitt skilda områden inklusive batteri, medicinsk diagnostik och oljeutvinning.

Tidigare studier har generellt antagit att porer kan uppskattas till att vara en sammansättning av raka cylindrar, men i verkligheten, formerna är slumpmässiga, och kan ta olika topologier, komplicerar kinetiken för separationen. För att förstå dessa effekter, Tanaka och hans medarbetare, Dr Ryotaro Shimizu, utvecklat en ny fasfältsmodell för att observera hur två blandade ämnen separeras när de nedsänks i ett poröst material på olika nivåer av ytvätbarhet och två olika topologier, 2D eller 3D. Modellen visade ett tydligt samband mellan avblandning och fuktighet, men en som var starkt påverkad av topologin.

"Endast 3D-porösa strukturer kan vara bikontinuerliga, sa Shimizu.

Betydelsen av denna distinktion leder till unika konformationer i 3D-strukturer som Shimizu kallar "dubbla nätverksstrukturer." Resultatet är olika kinetik i fasseparationen på grund av olika topologier i porstrukturen.

"Vår studie visar att skillnaden i porgeometrin orsakar drastiska skillnader i fasseparationen, sa Tanaka.