Grovhet, förekomsten av oegentligheter på en yta, är vanligtvis förknippat med långsammare rörelser och klibbighet. Detta gäller i olika längdskalor:vid mänsklig storlek (1 meter), det tar längre tid att gå längs en stig som går upp och ner, snarare än att gå på en plan väg. Vid storleken av mindre föremål (1/100 - 1/1000 meter), Italienarna använder pastaformar med en grov yta, t.ex. rigatoni, för att göra bättre vidhäftande ytor för tomatsåsen och osten. Tills nu, dock, inget experiment kunde testa om molekylernas beteende verkligen följer samma trend som observerats i mänsklig skala.

Nu, skriver in Fysiska granskningsbrev , Cristian Rodriguez-Tinoco och ett team från Université libre de Bruxelles (ULB) naturvetenskapliga fakulteten ledd av Simone Napolitano visar att stora molekyler faktiskt rör sig snabbare i närheten av grövre ytor i nanometrisk skala. Deras experiment visar tydligt den allmänna tron ​​att ojämnheter på ytan gör att molekyler bättre kan fastna på en yta faktiskt är fel. När storleken på ytans grovhet, det är det genomsnittliga avståndet mellan de små kullarna och dalarna som finns på ytan av ett material, reduceras till några nanometer (1 nm =en miljarddels meter), molekyler av P4ClS, en typ av polymer, börja röra sig snabbare.

Det är inte lätt att upptäcka molekylär rörelse:molekyler rör sig snabbt (upp till 1 miljon eller fler rörelser per sekund) och deras förskjutningar är för små för att kunna observeras med mikroskop. Att utföra sådana experiment på en grov yta är ännu mer komplicerat, på grund av dess ojämna karaktär och svårigheterna att justera storleken och fördelningen av ytojämnheterna. ULB -teamet har kunnat bilda en grov yta på aluminium genom att förånga metallen på ett kontrollerat sätt. För att mäta hur snabbt molekyler rör sig, forskarna har applicerat svaga elektriska fält och registrerat hur snabbt molekylerna svarar på stimulansen.

Förvånande, teamet har märkt att molekyler som finns nära ett grovt substrat beter sig som om de var omgivna av färre grannar, vilket förklarar varför de påskyndar istället för att sakta ner. Denna trend stämmer inte överens med förutsägelserna av datorsimuleringar, som föreslår att molekyler rör sig långsammare nära ett grovt område. I motsats till antagandena om simuleringar, polymermolekyler vilar inte nära grovt substrat. På grund av det sätt på vilket dessa molekyler tenderar att ordna sig i rymden, de föredrar att gå bort från asperities. De få molekyler som finns nära ojämnheter bildar mindre kontakt med väggen, kan njuta av mer ledig volym och, följaktligen, de rör sig snabbare.

Genom att dela sina resultat med en grupp teoretiker vid Dartmouth College (USA) under ledning av Jane Lipson, ULB-teamet har kunnat hitta en stark koppling mellan hur kullar och dalar är organiserade på en grov yta och hur molekyler rör sig. Teoretikerna har visat att en mycket liten förändring av den fria volymen runt en molekyl inducerar en enorm ökning av rörligheten, och förutsägelserna av deras beräkningar är i perfekt överensstämmelse med experimenten.

Det här dokumentet visar att det nuvarande sättet vi tänker på gränssnitt inte är giltigt. Denna nya molekylära trend som observerats har alltså en enorm inverkan på den grundläggande vetenskapens nivå. ULB -teamets arbete kan utnyttjas på ett stort antal applikationer. I nästan ett decennium, flera forskargrupper har visat att egenskaper hos många tunna beläggningar - såsom flöde, förmågan att hålla kvar eller stöta bort vatten, hastigheten för kristallbildningen - beror på antalet kontakter mellan en film och dess bärande substrat. Tills nu, för att ändra detta nummer var det nödvändigt att ändra typen av molekyler vid gränssnittet, ofta involverade komplexa kemiska reaktioner. Dessa fynd visar att det är möjligt att skräddarsy prestanda hos nanomaterial genom att helt enkelt ändra ytans grovhet. Den här metoden, därav, tillåter kontroll av ett polymerskikt utan att vidröra det, som genom att använda en fjärrkontroll!