Os materiais de alto desempenho estão permitindo grandes avanços em uma ampla gama de aplicações, desde geração de energia e armazenamento de informações digitais até exames de doenças e dispositivos médicos.

Polímeros em bloco, que são duas ou mais cadeias de polímero com diferentes propriedades ligadas entre si, mostram uma grande promessa para muitas dessas aplicações, e um grupo de pesquisa da Universidade de Delaware fez avanços significativos em seu desenvolvimento nos últimos anos.

"Estamos usando síntese, métodos de processamento e caracterização que são robustos e amplamente aplicáveis, com o objetivo de dimensionar esses métodos para facilitar a futura adoção industrial de polímeros em bloco, "diz Thomas H. Epps, III, quem lidera o grupo.

Epps, que é o professor Thomas e Kipp Gutshall de Engenharia Química e Biomolecular e professor de Ciência e Engenharia de Materiais na UD, e dois de seus alunos de graduação, Melody Morris e Thomas Gartner, publicou recentemente um artigo destacando este trabalho em Química Macromolecular e Física . A peça foi uma apresentação de "Talento", um tipo de artigo exclusivo dedicado a jovens cientistas.

O artigo destaca o trabalho do grupo Epps com o objetivo de ajustar e caracterizar polímeros em bloco em geometrias de filmes finos e a granel. O grupo alavancou experiência em química de polímeros, física do polímero, engenharia química e ciência dos materiais para manipular o comportamento da fase, transições térmicas e propriedades mecânicas e de transporte de polímeros em bloco para otimizar o projeto de materiais.

"Nosso objetivo era mostrar como uma abordagem verdadeiramente multidisciplinar pode ajudar a resolver problemas no desenvolvimento de materiais de próxima geração - um desenvolvimento que requer consideração simultânea de estrutura, propriedades e processamento, "Diz Epps.

Ele cita as tecnologias de bateria como exemplo.

Membranas da bateria, e os eletrólitos associados, usado para permitir o transporte de íons para aplicações de armazenamento e geração de energia pode oferecer alto desempenho em termos de carregamento rápido, longa vida útil e auto-descarga mínima. Contudo, esses benefícios costumam ser acompanhados de segurança - por exemplo, explosão e incêndio - e questões ambientais.

"Queremos projetar essas membranas para que possamos alcançar o mesmo, ou melhor, desempenho como as tecnologias atuais, reduzindo também o potencial de explosões e outras falhas catastróficas, "Diz Epps." Ao mesmo tempo, gostaríamos de desenvolver a capacidade de processar esses materiais em temperaturas mais baixas e com quantidades menores de solventes prejudiciais. Em outras palavras, queremos reduzir defeitos e mitigar ameaças ao meio ambiente por meio do controle de fabricação. "

Uma abordagem que o grupo Epps está adotando é o uso de estruturas em nanoescala para melhorar o desempenho e o processamento do dispositivo. Para fazer isso, eles desenvolveram métodos computacionais combinatórios e de alto rendimento que permitem que estruturas em nanoescala sejam visualizadas com técnicas ópticas de custo relativamente baixo.

"Basicamente, esta abordagem nos permite minimizar o número de amostras que precisam ser medidas com técnicas caras, como microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de transmissão, "Diz Epps.

O grupo também desenvolveu regras de design universal, ou seja, aqueles que são aplicáveis ​​a uma série de diferentes tipos de superfícies e polímeros - para entender os fatores-chave que ligam as características da superfície à formação da nanoestrutura.

"Essas regras nos permitem prever quais polímeros funcionarão bem com quais superfícies, tão, por exemplo, podemos criar revestimentos autolimpantes que podem resistir a manchas de impressões digitais em telas sensíveis ao toque, "Diz Epps.

Epps também está liderando um esforço para fazer padronização em nanoescala com polímeros em bloco como uma alternativa de baixo custo às abordagens litográficas usadas atualmente para fazer dispositivos eletrônicos.

"Com todo esse trabalho, Acho que o que nos diferencia são as abordagens universais, a inclusão de experimentos conjuntos e esforços teóricos, e nosso foco único em química combinada, física, e processamento de conhecimento para acelerar o design de materiais, " ele diz.