Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

Fasescheiding is een manifestatie van een faseovergang die alomtegenwoordig is in de natuur. Alledaagse voorbeelden van fasescheiding zijn de wolken aan de hemel of de druppeltjes olie in vinaigrette. Het lijkt een zeer eenvoudig proces. Toch weten wij nog steeds niet hoe fasescheiding plaatsvindt in complexe omgevingen. Bijvoorbeeld in biologische systemen waarin allerlei tweedimensionale structuren met verschillende vormen aanwezig zijn. Wij stellen daarom de volgende vraag: hoe beïnvloedt geometrie fasescheiding? Om dit mysterie op te lossen hebben wij interdisciplinair onderzoek uitgevoerd en nieuwe technologieën zoals 3D-microprinten toegepast. Wij hebben de fysische kenmerken ontdekt van gebogen vloeibare patronen en beschrijven een nieuwe membraantoestand, de antigemengde toestand.

Auteur: Melissa Rinaldin

Fasescheiding in vloeistoffen en vloeistofmengsels treedt op bij de overgang van één naar meerdere naast elkaar bestaande vloeibare toestanden. Het is een verschijnsel dat plaatsvindt op een breed spectrum van lengteschalen, zowel in de klassieke natuurkunde als in de quantummechanica. Een voorbeeld op de nanometerschaal is de fasescheiding van de elektronische vloeistof die cruciaal is in supergeleiders. Op een grotere schaal, die van kilometers, kun je denken aan de dodelijke olievlekken die op oceanen drijven. Deze olievlekken kunnen niet met water mengen en vormen daarom een dun laagje op het oppervlak. Hetzelfde verschijnsel kun je zelf ook zien als je vinaigrette bereidt of als je een lavalamp aanzet. De reden voor de fasescheiding is dat oliemoleculen hydrofoob zijn, daarom willen ze niet dicht bij watermoleculen komen. Ze vormen ronde druppels omdat een bolletje de kleinst mogelijke oppervlakte heeft voor een gegeven aantal moleculen. In twee dimensies geldt net zo dat een cirkel voor een gegeven oppervlak de omtrek minimaal maakt. Dit fenomeen heet ‘minimalisatie van de lengte van het grensvlak’.

Lees het volledige artikel in het aprilnummer of bekijk hieronder de pdf.