Onderzoekers van het University of Tokyo Institute of Industrial Science (IIS) rapporteren een nieuw fysiek model dat laat zien hoe de topologie van een poreus materiaal de fasescheiding van binaire mengsels beïnvloedt. Het model gebruikt twee variabelen, het dichtheidsveld van een poreuze structuur en het compositieveld van een binair mengsel, om aan te tonen dat topologie zeer verschillende effecten heeft op fasescheiding, afhankelijk van de poreuze structuur die willekeurig en 2-D of 3-D is. Het onderzoek is te lezen in wetenschappelijke vooruitgang .

IIS-professor Hajime Tanaka, die de studie leidde, legt uit dat ontmengen, de fasescheiding van binaire mengsels, in poreuze materialen hangt af van twee factoren. "Fase scheiding, oppervlaktebevochtigbaarheid en de geometrische structuur van de porie zijn allemaal met elkaar verbonden. Structuur is afhankelijk van grootte en topologie. Het is erg moeilijk om topologie te bestuderen."

Het begrijpen van deze invloed heeft toepassingen op zeer verschillende gebieden, waaronder batterij, medische diagnostiek en oliewinning.

Eerdere studies hebben algemeen aangenomen dat poriën kunnen worden benaderd als een samenstel van rechte cilinders, maar in werkelijkheid, de vormen zijn willekeurig, en kan verschillende topologieën aannemen, compliceren de kinetiek van de scheiding. Om deze effecten te begrijpen, Tanaka en zijn medewerker, Dr. Ryotaro Shimizu, een nieuw faseveldmodel ontwikkeld om te observeren hoe twee gemengde stoffen scheiden wanneer ze worden ondergedompeld in een poreus materiaal op verschillende niveaus van oppervlaktebevochtiging en twee verschillende topologieën, 2D of 3D. Het model liet een duidelijke relatie zien tussen ontmenging en nattigheid, maar een die sterk werd beïnvloed door de topologie.

"Alleen 3D poreuze structuren kunnen bicontinu zijn, ' zei Shimizu.

De betekenis van dit onderscheid leidt tot unieke conformaties in 3D-structuren die Shimizu 'dubbele netwerkstructuren' noemt. Het resultaat is een verschillende kinetiek in de fasescheiding als gevolg van verschillende topologieën in de poriestructuur.

"Onze studie toont aan dat het verschil in de poriegeometrie drastische verschillen in de fasescheiding veroorzaakt, ' zei Tanaka.