A matéria mole é uma importante classe de materiais que normalmente consiste em partículas coloidais e/ou polímeros em um meio líquido. Para certas composições, esses tipos de sistemas tendem a (micro-)fase separados e desmisturados em fases coexistentes que diferem em composição, estrutura e propriedades. O pesquisador de doutorado Joeri Opdam desenvolveu métodos teóricos para prever com precisão o comportamento de fase de sistemas de matéria mole que consistem em misturas coloidais e copolímeros em bloco, o que é crucial para suas aplicações em produtos como revestimentos, produtos farmacêuticos e alimentos.
Partículas coloidais e polímeros são blocos de construção importantes para a fabricação de novos materiais. Além disso, eles estão presentes de forma onipresente na chamada "matéria mole", que se refere a produtos industriais como tinta, maionese e pasta de dente, mas também sistemas naturais como argila, sangue e células vivas. Tais sistemas apresentam comportamento de fase semelhante a átomos e moléculas onde, dependendo da concentração de componentes coloidais e/ou poliméricos, são assumidas diferentes fases como um fluido ou um cristal (líquido). Em uma dispersão coloidal que contém partículas com diferentes tamanhos e/ou formas ou em soluções de copolímeros em bloco, as interações entre os diferentes componentes podem induzir a separação de fases. Então, o sistema não é mais homogêneo, mas se decompõe em fases coexistentes com diferentes composições. Para muitas aplicações é desejável evitar a separação de fases, mas em certos casos pode ser um efeito desejado separar componentes usando transições de fase ou induzir estratificação.

Em seu Ph.D. pesquisa, Opdam aprimorou conceitos teóricos originalmente desenvolvidos para estudar o comportamento de fase de misturas coloidais/polímeros, mas que agora podem ser aplicados a misturas coloidais. Com este modelo teórico, ele mapeou as regiões de estabilidade de diferentes tipos de fases (coexistentes) para misturas coloidais para uma ampla gama de razões de tamanho, parâmetros de forma e concentrações. As previsões do modelo estão em estreita concordância com experimentos e simulações computacionais realizadas por colaboradores. Além disso, a teoria revelou uma variedade de fenômenos interessantes, como a possibilidade de separação em cinco fases coexistentes diferentes em uma dispersão simples contendo apenas dois tipos de partículas duras.

Modelo de treliça

Copolímeros em bloco podem ordenar espontaneamente em fases macroscópicas com domínios periódicos na escala nanométrica. Usando um modelo de rede baseado na teoria de campo auto-consistente, Opdam mostrou como os solventes podem ser usados ​​para manipular o tamanho e a forma desses domínios que podem ser usados ​​para fabricar materiais de copolímero em bloco com propriedades ópticas ou eletrônicas específicas. Além disso, ele mostrou como a afinidade superficial de modificadores de superfície de copolímeros em bloco em formulações de revestimento relevantes para a indústria automotiva é afetada pela secagem. Os resultados apoiaram as descobertas experimentais, que revelaram que a distribuição de copolímeros em bloco sobre o volume e a superfície pode desviar significativamente entre a formulação de revestimento úmido e o revestimento curado.

Modelos teóricos oferecem um método rápido para estimar como certos parâmetros afetam as transições de fase e, portanto, podem ser usados ​​para orientar o trabalho experimental e computacional. Esta pesquisa é, portanto, um passo importante para o entendimento e uso eficiente de misturas coloidais e copolímeros em bloco que auxiliam no projeto de sistemas de matéria mole com propriedades desejadas. + Explorar mais

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