Desenho do perfil de densidade e distribuição de segmento ao longo das cadeias de polímero modelo em função da posição, onde roxo representa isopreno e azul representa estireno, ilustrando a diferença entre aleatório, gradiente, bloquear, e copolímeros de blocos cônicos.
Como você faz um material que tem a elasticidade de um elástico e o isolamento térmico de um copo de isopor? Conecte duas cadeias de polímero distintas - poli (isopreno) e poli (estireno) - ponta a ponta, como uma série de blocos de construção infantis. O resultado é um "copolímero em bloco" apropriadamente denominado, que ostenta as propriedades de ambos os materiais e é comumente usado em pneus de automóveis e solas de calçados esportivos.
Mas a característica mais impressionante de um copolímero em bloco é sua capacidade de se automontar. Imagine, por exemplo, deixando cair uma mistura de poli (isopreno) e poli (estireno) no chão. Os dois blocos incompatíveis irão 'separar-se por fases' como óleo e água. Contudo, conecte as extremidades dos dois polímeros e o material geralmente pode ser montado em um material bem definido com estrutura em nanoescala.
A montagem natural é extremamente valiosa para aplicações emergentes em nanoescala, incluindo materiais para células de combustível, baterias de íon de lítio, e fotovoltaica orgânica.
Os copolímeros em bloco podem criar nanoestruturas bem definidas sem o processamento tradicional em nanoescala, disse o pesquisador da Universidade de Delaware, Thomas Epps. O uso de copolímeros em bloco pode ajudar a aumentar ou substituir técnicas litográficas e outras, o que significa que se pode fazer materiais em nanoescala sem as ferramentas caras.
A fim de aproveitar ao máximo a arquitetura molecular de um copolímero em bloco, pesquisadores estão procurando maneiras de controlar as interações entre blocos de polímero por meios como altas temperaturas e solventes seletivos.
"Quando eu faço um copolímero de uma certa composição e peso molecular, Eu normalmente me tranquei em uma temperatura de processamento com base nesses fatores químicos, "Epps disse." Queremos encontrar uma maneira de ajustar esses materiais para que, não importa quais blocos estão sendo combinados, podemos controlar as condições de processamento. "
Para fazer isso, Epps e outros pesquisadores da Universidade de Delaware, Nripen Singh e Maeva Tureau, estão explorando o ajuste com redução gradual, o que aumenta a compatibilidade do polímero ao suavizar a interface química entre os dois blocos.
Dados Síncrotron-SAXS para um copolímero dibloco cônico P (I-SI-S). Os espécimes foram recozidos a 210 oC e, em seguida, resfriados à temperatura ambiente para aquisição de dados. Os valores dos módulos integrais são característicos de lamelas de dois domínios. A inserção mostra uma imagem de microscopia eletrônica de transmissão de um espécime P (I-SI-S). A amostra é tingida com vapor de OsO4 para aumentar o contraste.
Afilamento conceituado:pense em um bloco de contas roxas ligadas a um bloco de contas azuis. Um copolímero de bloco regular terá uma interface nítida separando os dois tipos de contas. Em um copolímero de bloco cônico, uma região entre os dois blocos foi inserida de modo que o número de contas roxas diminua lentamente conforme o número de contas azuis aumenta. Em um copolímero de bloco cônico inverso, o oposto ocorre (veja a figura).
O estreitamento da interface é pensado para reduzir a "penalidade" de mistura entre os dois blocos muito diferentes. O resultado é uma temperatura de processamento mais baixa, o que é mais fácil e barato de conseguir, e maior compatibilidade química.
Para testar essa ideia, os pesquisadores sintetizaram uma série de amostras de copolímero em bloco de poli (isopreno-b-estireno) cônico na Universidade de Delaware:amostras com diferentes comprimentos de afilamento (de 15-35 por cento de material afilado) com afilamento normal ou inverso.
As amostras foram então aquecidas e resfriadas enquanto os pesquisadores observavam as mudanças no material com espalhamento de raios-X de pequeno ângulo no NSLS (linha de luz X27C) e na Fonte Avançada de Fótons de Argonne, e microscopia eletrônica de transmissão e análise mecânica dinâmica na University of Delaware.
Seus resultados, que apareceu em 7 de dezembro, Edição de 2009 de Matéria Macia , provou que os pesquisadores podem ajustar a compatibilidade de copolímeros em bloco (via afilamento) sem prejudicar o ordenamento ou as propriedades mecânicas do material. A pesquisa também revelou que o afunilamento inverso dá o maior aumento na compatibilidade.
"O afunilamento inverso força mais interações desfavoráveis no copolímero sintetizado, então a penalidade para a criação de mais interações por meio de automontagem ou mistura é menor, "Disse Epps.
