O controle da organização de nanopartículas em padrões em filmes de polímero ultrafino pode ser realizado com entropia em vez de química, de acordo com uma descoberta do Dr. Alamgir Karim, Professor de Engenharia de Polímeros da Goodyear Tire and Rubber Company da UA, e seu aluno Dr. Ren Zhang. Filmes finos de polímero são usados ​​em uma variedade de aplicações tecnológicas, por exemplo tintas, lubrificantes, e adesivos. Karim e Zhang desenvolveram um método original - segregação de nanopartículas induzida por padrão de confinamento suave (SCPINS) - para fabricar filmes finos de nanocompósitos de polímero com organização de nanopartículas bem controlada em escala submicrônica. Este novo método controla exclusivamente a organização de qualquer tipo de nanopartículas em padrões nesses filmes, que pode ser útil para aplicações que envolvem sensores, circuitos de nanofios ou grades de difração, com as etapas de processamento subsequentes adequadas, como sinterização térmica ou UV, que provavelmente são necessários, mas a auto-organização em padrões direcionados.

Este trabalho, "Entropia dirigida segregação de nanopartículas enxertadas com polímero sob confinamento, "foi publicado na edição de fevereiro de 2017 da Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS )

Intuitivamente, a entropia está associada à desordem de um sistema. Contudo, para matéria coloidal, foi demonstrado que um sistema pode experimentar transições que aumentam a entropia e a ordem visível. Inspirado por esta observação, Karim e Zhang investigaram o papel da entropia na organização dirigida de nanopartículas enxertadas com polímero (PGNPs) em filmes finos de polímero. Simplesmente imprimindo os filmes de mistura em regiões padronizadas de trincheira de mesa, nanopartículas são enriquecidas espontaneamente dentro de mesas, formando estruturas de microdomínio padronizadas que coincidem com o padrão topográfico. Esta segregação seletiva de PGNPs é induzida por penalidade entrópica devido à alteração da conformação da cadeia enxertada quando confinada em regiões de trincheira ultrafinas.

Pela primeira vez, a organização espacial desejada de nanopartículas é alcançada pelo efeito de confinamento entrópico induzido por padrão topográfico, sem ajustar as interações entálpicas por meio da química. Este método fácil, SCPINS, é aplicável a composições de partículas versáteis e geometrias de padrão. Este trabalho pode ser estendido a sistemas de partículas multicomponentes, que tem aplicações potenciais em tecnologias baseadas em nanomateriais, como nanoeletrônica e plasmônica.

"O processo é altamente eficiente, pois pode incorporar todas as nanopartículas sem desperdício no filme de matriz remanescente após a padronização - 100% das nanopartículas são padronizadas, "explica Karim." A matriz remanescente pode ser enxaguada sem perda de nanopartículas caras. "