Ruwheid, de aanwezigheid van onregelmatigheden op een oppervlak, wordt vaak geassocieerd met langzamere beweging en plakkerigheid. Dit geldt op verschillende lengteschalen:op mensenmaat (1 meter), het duurt langer om langs een pad te lopen dat op en neer gaat, in plaats van op een vlakke weg te lopen. Ter grootte van kleinere objecten (1/100 - 1/1000 meter), Italianen gebruiken pastavormen met een ruw oppervlak, bijv. rigatoni, om betere kleefoppervlakken te maken voor de tomatensaus en kaas. Tot nu, echter, geen enkel experiment kon testen of het gedrag van moleculen echt dezelfde trend volgt die op menselijke schaal wordt waargenomen.

Nutsvoorzieningen, schrijven in Fysieke beoordelingsbrieven , Cristian Rodriguez-Tinoco en een team van de Université libre de Bruxelles (ULB) Faculteit Wetenschappen onder leiding van Simone Napolitano laten zien dat grote moleculen sneller bewegen in de buurt van ruwere oppervlakken op nanometrische schaal. Hun experimenten tonen duidelijk aan dat de algemene overtuiging dat oppervlakte-onregelmatigheden ervoor zorgen dat moleculen beter op een oppervlak blijven plakken, eigenlijk verkeerd is. Wanneer de grootte van de oppervlakteruwheid, dat is de gemiddelde afstand tussen de kleine heuvels en valleien die aanwezig zijn op het oppervlak van een materiaal, wordt teruggebracht tot enkele nanometers (1 nm =een miljardste van een meter), moleculen van P4ClS, een soort polymeer, sneller beginnen te bewegen.

Het detecteren van moleculaire beweging is niet eenvoudig:moleculen bewegen snel (tot 1 miljoen of meer bewegingen per seconde) en hun verplaatsingen zijn te klein om met een microscoop waar te nemen. Het uitvoeren van dergelijke experimenten op een ruw oppervlak is nog ingewikkelder, vanwege het ongelijkmatige karakter en de moeilijkheden bij het aanpassen van de grootte en verdeling van de oppervlakte-onregelmatigheden. Het ULB-team is erin geslaagd om een ​​ruw oppervlak op aluminium te vormen door het metaal op een gecontroleerde manier te verdampen. Om te meten hoe snel moleculen bewegen, de onderzoekers hebben zwakke elektrische velden aangelegd en vastgelegd hoe snel de moleculen op de stimulus reageren.

Verrassend genoeg, het team heeft gemerkt dat moleculen die in de buurt van een ruw substraat aanwezig zijn, zich gedragen alsof ze omringd zijn door minder buren, wat verklaart waarom ze versnellen in plaats van vertragen. Deze trend is in strijd met de voorspellingen van computersimulaties, die voorstellen dat moleculen langzamer bewegen in de buurt van een ruw gebied. In tegenstelling tot de aannames van simulaties, polymeermoleculen rusten niet in de buurt van een ruw substraat. Door de manier waarop deze moleculen zich in de ruimte ordenen, ze gaan liever weg van de oneffenheden. De weinige moleculen die in de buurt van oneffenheden aanwezig zijn, vormen minder contact met de muur, kunt genieten van meer gratis volume en, bijgevolg, ze bewegen sneller.

Door hun resultaten te delen met een groep theoretici van Dartmouth College (VS) onder leiding van Jane Lipson, het ULB-team heeft een sterk verband kunnen vinden tussen de manier waarop heuvels en valleien op een ruw oppervlak zijn georganiseerd en hoe moleculen bewegen. De theoretici hebben aangetoond dat een zeer kleine verandering in het vrije volume rond een molecuul een enorme boost in mobiliteit veroorzaakt, en de voorspellingen van hun berekeningen komen perfect overeen met de experimenten.

Dit artikel laat zien dat de huidige manier van denken over interfaces niet klopt. Deze nieuwe moleculaire trend die wordt waargenomen, heeft dus een enorme impact op het niveau van de fundamentele wetenschap. Het werk van het ULB-team zou kunnen worden benut voor een groot aantal toepassingen. Bijna een decennium lang, verschillende onderzoeksgroepen hebben aangetoond dat eigenschappen van veel dunne coatings, zoals vloei, het vermogen om water vast te houden of af te stoten, de snelheid van de vorming van kristallen hangt af van het aantal contacten tussen een film en het ondersteunende substraat. Tot nu, om dit aantal te wijzigen was het nodig om het type moleculen op het grensvlak te veranderen, vaak met complexe chemische reacties. Deze bevindingen laten zien dat het mogelijk is om de prestaties van nanomaterialen aan te passen door simpelweg de ruwheid van het oppervlak te veranderen. Deze methode, Vandaar, maakt het mogelijk een polymeerlaag te controleren zonder deze aan te raken, zoals met een afstandsbediening!