Experimentos com instrumentos de espalhamento de última geração revelam ausência de padrões específicos nos raios X espalhados por materiais nanocompósitos. Com a ajuda de técnicas avançadas de simulação, um novo estudo sugere que interações atrativas entre nanopartículas com diversos formatos e tamanhos são provavelmente responsáveis ​​por esse comportamento.



O espalhamento de raios X e nêutrons em pequeno ângulo é uma ferramenta útil para estudar estruturas moleculares e de nanopartículas. Até agora, no entanto, as experiências revelaram uma surpreendente falta de estrutura de nanopartículas em certos materiais nanocompósitos – cujos esqueletos moleculares são reforçados com nanopartículas previamente tratadas com adsorção de polímero.

Em uma nova abordagem detalhada em EPJ E , Anne-Caroline Genix e Julian Oberdisse da Universidade de Montpellier, França, mostram que esses padrões só podem ser produzidos através de interações atraentes entre nanopartículas com uma ampla gama de formas e tamanhos.

Os resultados da dupla destacam as capacidades de rápido aprimoramento dos instrumentos de espalhamento de pequeno ângulo e também podem ajudar os pesquisadores a melhorar suas técnicas de estudo de nanocompósitos - com aplicações em áreas que incluem eletrônica miniaturizada, engenharia de tecidos biológicos e materiais fortes e leves para aeronaves.

Quando feixes de raios X ou nêutrons interagem com átomos em amostras de materiais, a transferência de momento resultante faz com que eles se espalhem em padrões característicos, que variam dependendo da estrutura molecular da amostra. Nos últimos anos, os instrumentos para medir esta dispersão melhoraram rapidamente, oferecendo aquisição de dados mais rápida, bem como medições mais precisas e extensas das mudanças nas velocidades e direções das partículas.

Em suas pesquisas recentes, Genix e Oberdisse usaram a técnica para estudar as estruturas de nanocompósitos concentrados à base de polímeros. É bem conhecido que em altas concentrações de nanopartículas, as interações entre as partículas modificam o padrão de dispersão.

No entanto, surpreendentemente, nas suas experiências, a dupla descobriu que isto não parecia acontecer:em vez disso, os padrões de dispersão de raios X que observaram pareciam indicar nanopartículas individuais. Para explicar esse resultado, os pesquisadores realizaram simulações numéricas para relacionar as posições das nanopartículas no espaço com os padrões de dispersão que observaram.

Eles descobriram que, para altas concentrações de nanopartículas, interações atraentes entre nanopartículas com uma variedade diversificada de formas e tamanhos produzem um estado quase “sem estrutura” no nanocompósito – explicando a falta de características específicas em suas observações. Esta descoberta oferece informações importantes sobre as propriedades moleculares dos nanocompósitos e como eles poderiam ser projetados para otimizar suas propriedades únicas.

Mais informações: Anne-Caroline Genix et al, Sobre a ausência de fatores estruturais em suspensões coloidais concentradas e nanocompósitos, The European Physical Journal E (2023). DOI:10.1140/epje/s10189-023-00306-6
Informações do diário: Revista Física Europeia E

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