Zuppa di nanoparticelle

D. C. Rapaport, Phys. Rev. E 73, 025301(R) (2006)

Un gruppo di ricerca dell’Università di Milano condotto da Gea Donzelli ha scoperto che è possibile regolare la trasmissione del calore in un fluido introducendo speciali nanoparticelle

Se si immettono speciali nanoparticelle all’interno di fluido riscaldato, queste funzionano come un interruttore che regola lo stato termico del fluido stesso “accendendo” o “spegnendo” la trasmissione del calore. È quanto scoperto recentemente da Gea Donzelli del gruppo di Alberto Vailati del Dipartimento di Fisica dell’Università di Milano insieme a Roberto Cerbino, del Dipartimento di Chimica Biochimica e Biotecnologie per la Medicina dell’Università di Milano.
Nei fluidi il calore viene trasmesso attraverso due meccanismi principali: la conduzione, dove la trasmissione del calore avviene per contatto tra strati di materia a diversa temperatura, e la convezione, dove masse di liquido più caldo si spostano dal basso verso l’alto per poi tornare, raffreddate, verso il fondo. La convezione è un meccanismo molto più efficiente della conduzione, ed è alla base delle grandi correnti atmosferiche e oceaniche.
Era già noto che aggiungendo nanoparticelle termofile a un fluido è possibile interrompere la convezione. Queste particelle, per una ragione ancora non chiara, sono attratte dal caldo e quando il fluido è riscaldato dal basso queste si spostano verso la fonte di calore impedendo al calore stesso di salire verso l’alto, cosa che altrimenti farebbe naturalmente.
Secondo Donzelli e colleghi, queste nanoparticelle possono essere usate per sostenere la convezione se all’inizio vengono distribuite in modo omogeneo lungo tutta la profondità del liquido. Hanno infatti osservato che, in determinate condizioni sperimentali, il fluido trasporta più calore dal basso verso l’alto nel caso in cui le nanoparticelle siano distribuite uniformemente e non sia loro permesso di andare a fondo verso la sorgente di calore.
La scoperta di un fluido intelligente con due possibili sistemi di trasmissione di calore potrebbe avere molte applicazioni nel controllo dei processi di riscaldamento e raffreddamento in diversi settori tecnologici, dove il dissipamento di calore è in molti casi un problema aperto per scienziati e ingegneri.
La ricerca è stata pubblicata su “Physical Review Letters” del 13 marzo scorso.