Scienza
Una nuova ricerca studia le “droplet”
Abbiamo sentito spesso parlare delle “droplets”, le particelle di saliva responsabili della trasmissione del Covid-19. Un nuovo studio ora è in grado, attraverso macchinari, di osservarne la nucleazione.
La nucleazione è un fenomeno onnipresente che governa la formazione di goccioline e bolle nei sistemi utilizzati per la condensazione, la desalinizzazione, la scissione dell’acqua, la crescita dei cristalli e molti altri importanti processi industriali.
Ora, per la prima volta, una nuova tecnica di microscopia sviluppata al MIT consente di osservare direttamente il processo in dettaglio, il che potrebbe facilitare la progettazione di superfici migliorate e più efficienti per una varietà di tali processi.
L’innovazione utilizza apparecchiature convenzionali di microscopio elettronico a scansione, ma aggiunge una nuova tecnica di elaborazione che può aumentare la sensibilità complessiva fino a dieci volte e migliora anche il contrasto e la risoluzione. Utilizzando questo approccio, i ricercatori sono stati in grado di osservare direttamente la distribuzione spaziale dei siti di nucleazione su una superficie e monitorare come questa è cambiata nel tempo.
Il team ha quindi utilizzato queste informazioni per ricavare una descrizione matematica precisa del processo e delle variabili che lo controllano.
La nuova tecnica potrebbe potenzialmente essere applicata a un’ampia varietà di aree di ricerca.
È descritto nella rivista Cell Reports Physical Science, in un articolo dello studente laureato del MIT Lenan Zhang; ricercatore in visita Ryuichi Iwata; professore di ingegneria meccanica e capo dipartimento Evelyn Wang; e altri nove al MIT, all’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign e all’Università Jiao Tong di Shanghai. “Un’opportunità davvero potente”. Quando le goccioline si condensano su una superficie piana, come sui condensatori che fanno circolare il vapore nelle centrali elettriche nell’acqua, ciascuna gocciolina richiede un sito di nucleazione iniziale, da cui si accumula. La formazione di questi siti di nucleazione è casuale e imprevedibile, quindi la progettazione di tali sistemi si basa su stime statistiche della loro distribuzione. Secondo le nuove scoperte, tuttavia, il metodo statistico utilizzato per questi calcoli da decenni non è corretto e al suo posto dovrebbe essere utilizzato uno diverso. Le immagini ad alta risoluzione del processo di nucleazione, insieme ai modelli matematici sviluppati dal team, consentono di descrivere la distribuzione dei siti di nucleazione in termini strettamente quantitativi.
“Il motivo per cui questo è così importante”, dice Wang, “è perché la nucleazione avviene praticamente in tutto, in molti processi fisici, sia naturali che in materiali e sistemi ingegnerizzati. Per questo motivo, penso che comprenderlo in modo più fondamentale sia un’opportunità davvero potente”.
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