Os polímeros que compõem os materiais sintéticos precisam de tempo para desestressar após o processamento, pesquisadores disseram. Um novo estudo descobriu que emaranhado, polímeros de cadeia longa em soluções relaxam em duas taxas diferentes, marcando um avanço na física fundamental do polímero. As descobertas fornecerão uma melhor compreensão das propriedades físicas dos materiais poliméricos e uma nova visão crítica de como as moléculas de polímero individuais respondem a condições de processamento de alto estresse.

O estudo, publicado no jornal Cartas de revisão física , poderia ajudar a melhorar a fabricação de materiais sintéticos e tem aplicações em biologia, ciências mecânicas e de materiais, bem como física da matéria condensada.

"Nossos experimentos com uma única molécula mostram que os polímeros gostam de exibir seu comportamento individualista, que revelou uma dinâmica heterogênea inesperada e impressionante em soluções de polímero emaranhado, "disse o co-autor Charles Schroeder, professor de engenharia química e biomolecular e membro do corpo docente do Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. "O principal objetivo de nossa pesquisa é entender como polímeros únicos - agindo como indivíduos - trabalham juntos para dar aos materiais propriedades macroscópicas, como viscosidade e tenacidade."

Usando uma técnica chamada microscopia de fluorescência de molécula única, os pesquisadores podem assistir - em tempo real - enquanto as moléculas de polímero individuais relaxam após o alongamento, puxando e apertando do processo de fabricação. "Imagine olhar para uma tigela de espaguete cozido e observar o movimento de um único macarrão enquanto a tigela é misturada, "Schroeder disse.

"Descobrimos que os polímeros exibem um de dois modos de relaxamento distintos, "disse o co-autor e estudante de graduação Yuecheng (Peter) Zhou." Um grupo de polímeros relaxou por meio de uma única taxa exponencial de decadência e o outro grupo mostrou um processo de duas fases. Essa segunda população sofre uma retração inicial muito rápida seguida por um relaxamento lento. A existência de duas populações moleculares diferentes foi inesperada e não prevista pela teoria clássica. "

Este estudo trabalhou com DNA de alto peso molecular porque serve como um modelo ideal de outros tipos de polímeros orgânicos sintéticos, disseram os pesquisadores.

"Escolhemos o DNA como nosso polímero modelo porque é uma molécula muito grande e as cadeias são grandes o suficiente para a imagem em nosso microscópio, "Schroeder disse." Eles também têm o mesmo peso, que nos forneceu um ambiente muito limpo, sistema bem definido para análise de dados. "

Os pesquisadores descobriram que a porcentagem da subpopulação molecular que exibe o comportamento de relaxamento de duas fases aumenta à medida que a concentração geral do polímero aumenta nas soluções emaranhadas.

"Não temos certeza de por que o modo único de relaxamento ou modo de retração rápida parece ser dependente da concentração, mas pode ter a ver com o atrito interpolímero aprimorado - quanto mais polímeros, quanto maior a chance de interagirem, especialmente fora de equilíbrio, Zhou disse. "Estamos trabalhando com teóricos aqui na Universidade de Illinois para explicar melhor os fenômenos de relaxamento monomodo e bimodal."

A equipe está animada para trazer novos insights para a compreensão de como fluidos complexos fluem e como são processados ​​e fabricados, especialmente com polímeros que são submetidos a estresse intenso, como os fluidos usados ​​para impressão 3-D.