Desde la fotónica hasta los productos farmacéuticos, los materiales hechos con nanopartículas de polímeros son prometedores para los productos del futuro. Sin embargo, todavía hay lagunas en la comprensión de las propiedades de estas pequeñas partículas de plástico.
Ahora, Hojin Kim, un estudiante graduado en ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Delaware, junto con un equipo de científicos colaboradores en el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros en Alemania, la Universidad de Princeton y la Universidad de Trento, ha descubierto nuevosinformación sobre las nanopartículas de polímeros. Los hallazgos del equipo, incluidas propiedades como la movilidad superficial, la temperatura de transición vítrea y el módulo elástico, se publicaron en Comunicaciones de la naturaleza .
Bajo la dirección del Prof. MPI George Fytas, el equipo utilizó la espectroscopía de luz Brillouin, una técnica que explica las propiedades moleculares de las nanopartículas microscópicas al examinar cómo vibran.
"Analizamos la vibración entre cada nanopartícula para comprender cómo cambian sus propiedades mecánicas a diferentes temperaturas", dijo Kim. "Preguntamos: '¿Qué indica una vibración a diferentes temperaturas? ¿Qué significa físicamente?'"
Las características de las nanopartículas de polímero difieren de las de las partículas más grandes del mismo material. "Su nanoestructura y tamaño pequeño proporcionan diferentes propiedades mecánicas", dijo Kim. "Es realmente importante comprender el comportamiento térmico de las nanopartículas para mejorar el rendimientode un material "
Tome poliestireno, un material comúnmente usado en nanotecnología. Las partículas más grandes de este material se usan en botellas de plástico, vasos y materiales de empaque.
"Las nanopartículas de polímeros pueden ser más flexibles o más débiles a la temperatura de transición vítrea a la que se ablandan de una textura rígida a una suave, y disminuye a medida que disminuye el tamaño de las partículas", dijo Kim. Esto se debe en parte a la movilidad del polímero en la superficie de las partículas pequeñaspuede activarse fácilmente. Es importante saber cuándo y por qué ocurre esta transición, ya que algunos productos, como las membranas de filtro, necesitan mantenerse fuertes cuando se exponen a una variedad de condiciones.
Por ejemplo, una taza de plástico desechable hecha con el poliestireno polimérico puede aguantar en agua hirviendo, pero esa taza no tiene nanopartículas. El equipo de investigación descubrió que las nanopartículas de poliestireno comienzan a experimentar la transición térmica a 343 Kelvin 158 gradosF, conocida como la temperatura de reblandecimiento, por debajo de una temperatura de transición vítrea de 372 K 210 F de las nanopartículas, justo por debajo de la temperatura del agua hirviendo. Cuando se calientan hasta este punto, las nanopartículas no vibran, permanecencompletamente quieto
Esto no se había visto antes, y el equipo encontró evidencia que sugiere que esta temperatura puede activar una capa superficial altamente móvil en la nanopartícula, dijo Kim. A medida que las partículas se calentaban entre su temperatura de reblandecimiento y la temperatura de transición vítrea, las partículas interactuabanentre sí cada vez más. Otros grupos de investigación han sospechado previamente que la temperatura de transición vítrea disminuye con la disminución del tamaño de las partículas debido a las diferencias en la movilidad de las partículas, pero no pudieron observarlo directamente.
"Utilizando diferentes métodos e instrumentos, analizamos nuestros datos a diferentes temperaturas y de hecho verificamos que hay algo en la superficie de nanopartículas de polímero que es más móvil en comparación con su núcleo", dijo.
Al estudiar las interacciones entre las nanopartículas, el equipo también descubrió su módulo elástico o rigidez.
A continuación, Kim planea usar esta información para construir una película de nanopartículas que pueda gobernar la propagación de las ondas sonoras.
Eric Furst, profesor y presidente del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la UD, también es autor correspondiente del artículo.
"Hojin tomó la iniciativa en este proyecto y logró resultados más allá de lo que podría haber predicho", dijo Furst. "Ejemplifica la excelencia en la investigación de ingeniería doctoral en Delaware, y no puedo esperar para ver qué hará después".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Delaware . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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