I vårt dagliga liv är det inte ovanligt att se samma material i olika tillstånd. Ta till exempel vatten:det är en vätska vid omgivningstemperatur, vi kan omvandlas till is när de kyls under 0 ° C och det blir en gas när den värms över 100 ° C. Passagerna mellan dessa olika materiella tillstånd kallas fasövergångar.

Fasövergångar är uttryck för organisationen och interaktioner mellan molekyler och atomer inuti material, och på grund av detta har de till stor del studerats av fysiker, apotek, biologer, och många fler.

Några fasövergångar, även om det förutses av teori, förblir gäckande och deras existens kan inte verifieras med experiment, på grund av de hårda förhållandena under vilka de uppstår. Detta är fallet med adsorption/desorption övergång av polymerer.

Polymerer är långa molekyler som består av upprepning - ofta mer än tusen gånger - av samma enhet, kallas monomer. Denna speciella struktur ger en serie intressanta egenskaper. Till exempel, en polymermolekyl kan starkt vidhäfta på en yta även om interaktionen mellan en enda monomer och ytan är mycket svag: l'union fait la force . Faktiskt, för att separera hela molekylen från ytan, man måste ta bort en efter en alla monomerer som är svagt fästa, vilket är mycket osannolikt att inträffa. Polymerkedjor anses vara irreversibelt adsorberade, det är, en polymerkedja ska fastna på en yta, under extremt lång tid, i princip för alltid.

Teoretiker har föreslagit att det adsorberade tillståndet är, istället, övergående och, vid uppvärmning långt över rumstemperatur, polymermolekyler bör desorbera och lämna ytan. Detta skulle vara adsorptions-/desorptionsövergången.

Tills nu, dock, ingen kunde verifiera dessa idéer, eftersom temperaturerna där denna fasövergång ska inträffa är mycket höga, och materialet försämras innan, så småningom, desorberande.

Nu, skriver in Naturkommunikation Simone Napolitano (Laboratory of Polymer and Soft Matter Dynamics, ULB) och hans medarbetare, Xavier Monnier och Daniele Cangialosi, från Donostia International Physics Center och Centro de Física de Materiales i San Sebastián (Spanien) har experimentellt kunnat komma åt adsorptions-/desorptionsövergången.

Genom att kombinera Cangialosis expertis i fasövergångar och hos Napolitano om adsorption, laget har använt en ny teknik som kallas snabbskanningskalorimetri, som gör det möjligt att mäta värmen som utbyts av ett material medan temperaturen varierar mycket snabbt. Tekniken kan föra polymermolekylerna från rumstemperatur till 400 ° C inom en bråkdel av sekunden, och inom detta korta intervall har materialet inte tid att brytas ned.

Genom att studera detta fenomen, Monnier och medarbetare har observerat att en mycket liten mängd värme frigörs från polymerkedjorna när de desorberar från en yta, som gjorde det möjligt att klassificera adsorptionen/desorptionen som en fasövergång av första ordningen.

Detta liknar det som händer med is när vi lägger den på bordet. Vid låg temperatur, molekylerna håller ihop tack vare interaktioner som håller materialet i fast tillstånd. Genom uppvärmning över 0 ° C börjar interaktionerna blekna, vilket motsvarar en värmeväxling. Detsamma händer med polymerkedjor när de desorberar.

Emmanouil Glynos (Foundation for Research and Technology-Hellas), expert på polymerfysik kommenterade, "Monnier et al har kunnat observera desorption genom att värma ett tunt polymerskikt, ett snyggt resultat som inte uppnåddes tidigare. Snabb kalorimetri tillät dem att fullt ut karakterisera denna svårfångade fasövergång, detta är en otrolig utveckling av den senaste tekniken inom mjuk materiens fysik. "

Förutom de enorma framstegen i studiet av fasövergångar, denna studie öppnar för nya metoder för att skräddarsy egenskaperna hos nanomaterial som smarta beläggningar, flexibel elektronik med mera. Egenskaperna hos dessa innovativa system, faktiskt, beror på hur många molekyler som adsorberas, och författarna räknar med att genom att på ett adekvat sätt behärska adsorptions-/desorptionsövergången kommer det att vara möjligt att tillverka bättre prestanda och mer hållbara material.