Quando os materiais plásticos são processados ​​ou reciclados, suas propriedades fundamentais podem se degradar devido a danos causados ​​pela deformação. Os processos de reciclagem tendem a quebrar as ligações moleculares dentro dos materiais, tornando-os mais fracos e menos duráveis. Uma maneira de tornar os plásticos mais sustentáveis ​​é usando materiais macios automontados que podem se autocurar após danos.
Materiais automontados se organizam espontaneamente e podem reformar conexões moleculares após serem danificados, permitindo que os materiais recuperem sua resistência ao longo do tempo. Muitos pesquisadores estão explorando aplicações de materiais auto-regenerativos onde componentes plásticos são difíceis de substituir ou reparar, como nanotecnologia dentro de computadores ou materiais biomédicos dentro de corpos humanos. No entanto, os cientistas não têm uma compreensão completa de seu comportamento em escala molecular.

Thomas O'Connor, professor assistente de ciência e engenharia de materiais, está trabalhando para mudar isso. Ele e sua equipe de colaboradores estão usando simulações moleculares para estudar um tipo de material automontável chamado polímeros associativos. Esses polímeros são feitos de longas cadeias moleculares que contêm grupos pegajosos ao longo de seu comprimento.

Os grupos pegajosos são atraídos um pelo outro e se agregam para formar aglomerados que conectam diferentes cadeias em uma rede que pode parecer uma tigela de macarrão molecular. Quando os polímeros são danificados pela deformação, os aglomerados pegajosos podem reformar e curar o material formando uma cicatriz molecular. Aglomerados mais pegajosos podem formar cicatrizes mais fortes, mas se as interações pegajosas se tornarem muito fortes, aglomerados muito grandes se formarão e o polímero se tornará rígido demais para ser manipulado na fabricação.

Para entender como os polímeros associativos se comportam quando esticados, O'Connor simulou o comportamento das cadeias poliméricas durante a deformação alongada. Ele descobriu que, ao esticar as redes, aglomerados pegajosos dentro do material não reagiam de maneira uniforme.

Os aglomerados maiores e mais fortes tendiam a se quebrar e permitir que as correntes fluíssem como um líquido, enquanto outros aglomerados mais fracos não se quebravam e impediam o alongamento das correntes. Essa resposta heterogênea - diferentes comportamentos moleculares do mesmo estímulo - é excitante para teóricos de materiais como O'Connor porque ajuda a explicar por que esses materiais são tão imprevisíveis durante a fabricação.

"Normalmente, a maneira como você escreve uma teoria para um material é perguntar:'qual é a resposta média das cadeias de polímeros ao que estou fazendo?'", explicou O'Connor. "Mas com esta rede há dois comportamentos distintos acontecendo. Algumas cadeias estão esticadas e outras estão colapsadas. A média estaria em algum lugar no meio e também não capturaria."

Por outro lado, quando O'Connor acelerou a simulação para esticar as cadeias de polímeros mais rapidamente, ele descobriu que quanto mais rápido as cadeias eram esticadas, mais semelhantes todas elas se comportavam.

Em altas velocidades, os clusters que atuavam como conexões permanentes se separaram e formaram muitos clusters menores com propriedades semelhantes aos clusters menores já existentes. "Isso nos mostrou que toda a esperança não está perdida para trabalhar, processar e um dia reciclar materiais auto-montados", elaborou O'Connor. "Embora esses sistemas tenham uma maneira nova e confusa de se comportar, essa bagunça segue algumas regras porque a forma como o sistema se divide cria uma espécie de auto-organização. Estou ansioso para explorar o que essas redes farão quando pudermos controlar com mais cuidado eles."

Usando simulações, a equipe de O'Connor pode controlar com precisão o tamanho e a aderência dos clusters e pode avaliar como as redes associativas arquitetadas com mais cuidado responderão ao fluxo alongado. Esta pesquisa foi publicada na Physical Review X é fundamental para o futuro do processamento de materiais automontados.
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