Los polímeros que forman materiales sintéticos necesitan tiempo para desestresarse después del procesamiento, dijeron los investigadores. Un nuevo estudio encontró que los polímeros enredados de cadena larga en las soluciones se relajan a dos velocidades diferentes, lo que marca un avance en la física fundamental de los polímeros.Los resultados proporcionarán una mejor comprensión de las propiedades físicas de los materiales poliméricos y una nueva visión crítica de cómo las moléculas de polímero individuales responden a las condiciones de procesamiento de alto estrés.
El estudio, publicado en la revista Cartas de revisión física , podría ayudar a mejorar la fabricación de materiales sintéticos y tiene aplicaciones en biología, ciencias mecánicas y de materiales, así como en física de materia condensada.
"Nuestros experimentos de molécula única muestran que a los polímeros les gusta mostrar su comportamiento individualista, que ha revelado una dinámica heterogénea inesperada y sorprendente en soluciones de polímeros enredados", dijo el coautor Charles Schroeder, profesor de ingeniería química y biomolecular y miembro de la facultaddel Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "Un objetivo principal de nuestra investigación es comprender cómo los polímeros individuales, actuando como individuos, trabajan juntos para dar a los materiales propiedades macroscópicas como la viscosidad ytenacidad."
Utilizando una técnica llamada microscopía de fluorescencia de una sola molécula, los investigadores pueden observar, en tiempo real, cómo las moléculas de polímero individuales se relajan después del estiramiento, la extracción y la compresión del proceso de fabricación. "Imagine mirar dentro de un tazón de espagueti cocido y observarel movimiento de un solo fideo mientras se mezcla el tazón ", dijo Schroeder.
"Descubrimos que los polímeros exhiben uno de dos modos distintos de relajación", dijo el coautor y estudiante graduado Yuecheng Peter Zhou. "Un grupo de polímeros se relajó mediante una sola tasa exponencial en descomposición y el otro grupo mostró un dos-proceso de fase. Esa segunda población sufre una retracción inicial muy rápida seguida de una relajación lenta. La existencia de dos poblaciones moleculares diferentes fue inesperada y no fue predicha por la teoría clásica ".
Los investigadores dijeron que este estudio trabajó con ADN de alto peso molecular porque sirve como modelo ideal de otros tipos de polímeros orgánicos sintéticos.
"Elegimos el ADN como nuestro polímero modelo porque es una molécula muy grande y las cadenas son lo suficientemente grandes como para formar imágenes en nuestro microscopio", dijo Schroeder. "También tienen el mismo peso, lo que nos proporcionó un aspecto muy limpio,sistema bien definido para el análisis de datos "
Los investigadores encontraron que el porcentaje de la subpoblación molecular que exhibe el comportamiento de relajación de dos fases aumenta a medida que aumenta la concentración general de polímero en las soluciones enredadas.
"No estamos seguros de por qué la relajación de modo único o el modo de retracción rápida parecen depender de la concentración, pero puede que tenga que ver con una mayor fricción interpolímera: cuantos más polímeros, mayores serán las posibilidades de que interactúen, especialmentefuera de equilibrio ", dijo Zhou." Estamos trabajando con teóricos aquí en la Universidad de Illinois para explicar mejor los fenómenos de relajación monomodo y bimodal ".
El equipo se complace en aportar una nueva visión para comprender cómo fluyen los fluidos complejos y cómo se procesan y fabrican, especialmente con polímeros que están sometidos a un estrés intenso, como los fluidos que se utilizan para la impresión 3D.
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Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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