A auto-organização de componentes moleculares em nanoestruturas ordenadas hierarquicamente é uma parte essencial para o desenvolvimento de novos materiais em nanotecnologias emergentes e plásticos sustentáveis. Brigitte Lamers investigou a complexa interação entre as forças motrizes moleculares para a montagem em massa para encontrar relações estrutura-propriedade na área que mescla copolímeros em bloco e cristais líquidos. Ela defendeu seu doutorado. em 23 de junho.

A função e as propriedades macroscópicas da maioria dos materiais que nos cercam estão fortemente relacionadas à sua micro ou nanoestrutura, que é formada por interações favoráveis ​​ou desfavoráveis ​​entre as moléculas das quais é composto. Exemplos são plásticos, composto de polímeros em que o empacotamento entre os fios de polímero é determinado pela interação entre os fios que, no geral, determina as propriedades macroscópicas dos materiais.

Os polímeros também podem ser usados ​​em novas nanotecnologias nas quais a litografia de cima para baixo e a montagem de baixo para cima são combinadas para obter linhas altamente organizadas ou padrões pontilhados que podem ser usados ​​para o desenvolvimento de chips eletrônicos. Aqui em, as interações que governam a automontagem dos copolímeros em bloco determinam a morfologia nanoestruturada final.

Portanto, uma compreensão da relação entre a estrutura molecular, A nanoestrutura e as propriedades macroscópicas são fundamentais para criar novos materiais para um futuro sustentável em que possamos armazenar a quantidade de dados que é produzida hoje em dia e manter nossos oceanos limpos com novos plásticos que são facilmente recicláveis.

Efeitos de dispersão

Para entender as relações estrutura-propriedade, é fundamental usar moléculas discretas para excluir os efeitos de dispersão, conhecido em polímeros. Esses efeitos de dispersão dificultam a formação de uma nanoestrutura altamente ordenada por copolímeros em bloco e causam uma insegurança para determinar de onde vêm as propriedades do material, já que cada fita de polímero tem sua própria propriedade macroscópica. Portanto, Brigitte Lamers usou co-oligômeros de blocos discretos para estudar sua automontagem em nanoestruturas organizadas hierarquicamente.

Lamers investigou as relações entre estrutura e propriedade de co-oligômeros de bloco discreto, dos quais um dos dois blocos é composto de oligodimetilsiloxano de comprimento discreto. O siloxano é altamente incompatível com muitos outros oligômeros ou moléculas que anexamos ao oligômero. A interação desfavorável faz com que ocorra a segregação de fase, que exploramos para a automontagem confinada dos co-oligômeros do bloco.

Dentro do estado segregado por fase, a molécula ou oligômero que está covalentemente ligado ao siloxano pode montar em nanoestruturas unidimensionais (1D) ou bidimensionais (2D) por não covalentes, interações supramoleculares ou cristalização, respectivamente. A montagem confinada resulta em nanoestruturas altamente organizadas com limites extremamente nítidos entre as fases, importante para fins de litografia. Além disso, as transições de fase são extremamente nítidas, permitindo o desenvolvimento de sensores termorresponsivos.

Propriedades macroscópicas

Em contraste, a cristalização ou automontagem da molécula ligada ao siloxano também pode competir com a segregação de fase induzida pelo siloxano. Isso causa defeitos na morfologia nanoestruturada que podem se originar de um desequilíbrio na difusão e na cinética de cristalização ou desestabilização da estrutura cristalina 3D.

A seleção da via nesta complexa interação de interações é muito sensível e pode ser alterada por pequenas variações na estrutura molecular. Lamers descobriu que tais mudanças podem introduzir uma mudança macroscópica nas propriedades do material. Ela também alterou a arquitetura do co-oligômero do bloco, que deu diferenças marcantes na ordem nanoestrutural. Embora ambos os materiais sejam compostos dos mesmos componentes, ela obteve um quebradiço, material cristalino e um plástico dúctil.

Além disso, ela mostrou que a conectividade dos blocos terminais em um material multicomponente é importante para o pedido na co-montagem. As interações direcionais no conjunto multicomponente causam a formação da nanoestrutura ordenada que tornou o material útil para nanoeletrônica suave. Esses exemplos enfatizam a influência da estrutura molecular e nanoestrutura nas propriedades dos materiais.

Finalmente, ela usou o conhecimento obtido sobre as interações supramoleculares em materiais à base de siloxano discretos para obter plásticos recicláveis ​​à base de polidimetilsiloxano nos quais alteramos a força de interação do motivo supramolecular para obter três plásticos distintos com frágil, propriedades elásticas viscosas ou termoplásticas.