Los materiales de alto rendimiento están permitiendo importantes avances en una amplia gama de aplicaciones, desde la generación de energía y el almacenamiento de información digital hasta la detección de enfermedades y los dispositivos médicos.

Polímeros en bloque, que son dos o más cadenas de polímeros con diferentes propiedades unidas entre sí, son muy prometedores para muchas de estas aplicaciones, y un grupo de investigación de la Universidad de Delaware ha logrado avances significativos en su desarrollo durante los últimos años.

"Estamos usando síntesis, métodos de procesamiento y caracterización que sean robustos y de amplia aplicación, con miras a escalar estos métodos para facilitar la futura adopción industrial de polímeros en bloque, "dice Thomas H. Epps, III, quien lidera el grupo.

Epps, quien es el profesor Thomas y Kipp Gutshall de Ingeniería Química y Biomolecular y profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la UD, y dos de sus estudiantes de posgrado, Melody Morris y Thomas Gartner, publicó recientemente un artículo destacando este trabajo en Química y Física Macromolecular . La pieza fue una presentación de "Talento", un tipo de artículo único dedicado a los científicos jóvenes.

El artículo destaca el trabajo del grupo Epps destinado a ajustar y caracterizar polímeros de bloque en geometrías de capa fina y a granel. El grupo ha aprovechado su experiencia en química de polímeros, física de polímeros, ingeniería química y ciencia de los materiales para manipular el comportamiento de las fases, Transiciones térmicas y propiedades mecánicas y de transporte de polímeros de bloque para optimizar el diseño de materiales.

"Nuestro objetivo era mostrar cómo un enfoque verdaderamente multidisciplinario puede ayudar a resolver problemas en el desarrollo de materiales de próxima generación, un desarrollo que requiere una consideración simultánea de la estructura, propiedades y procesamiento, "Dice Epps.

Señala las tecnologías de baterías como ejemplo.

Membranas de batería, y los electrolitos asociados, utilizado para permitir el transporte de iones para aplicaciones de almacenamiento y generación de energía puede ofrecer un alto rendimiento en términos de carga rápida, larga vida útil y mínima autodescarga. Sin embargo, estos beneficios a menudo van acompañados de seguridad, por ejemplo, explosión e incendio, y preocupaciones ambientales.

"Queremos diseñar estas membranas para que podamos lograr lo mismo, o mejor, rendimiento como las tecnologías actuales al tiempo que reduce el potencial de explosiones y otras fallas catastróficas, "Dice Epps." Al mismo tiempo, nos gustaría desarrollar la capacidad de procesar estos materiales a temperaturas más bajas y con cantidades reducidas de disolventes nocivos. En otras palabras, queremos reducir los defectos y mitigar las amenazas al medio ambiente mediante el control de la fabricación ".

Un enfoque que está adoptando el grupo Epps es el uso de estructuras a nanoescala para mejorar tanto el rendimiento como el procesamiento del dispositivo. Para hacer esto, Han desarrollado métodos computacionales combinatorios y de alto rendimiento que permiten visualizar estructuras a nanoescala con técnicas ópticas de costo relativamente bajo.

"Básicamente, Este enfoque nos permite minimizar la cantidad de muestras que deben medirse con técnicas costosas como la microscopía de fuerza atómica y la microscopía electrónica de transmisión. "Dice Epps.

El grupo también ha desarrollado reglas de diseño universales, es decir, aquellos que son aplicables a varios tipos diferentes de superficies y polímeros, para comprender los factores clave que vinculan las características de la superficie con la formación de nanoestructuras.

"Estas reglas nos permiten predecir qué polímeros funcionarán bien con qué superficies, asi que, por ejemplo, Podemos crear revestimientos autolimpiantes que resisten las manchas de huellas dactilares en las pantallas táctiles. "Dice Epps.

Epps también está liderando un esfuerzo para realizar patrones a nanoescala con polímeros de bloque como una alternativa de bajo costo a los enfoques litográficos que se utilizan actualmente para fabricar dispositivos electrónicos.

"Con todo este trabajo, Creo que las cosas que nos distinguen son los enfoques universales, la inclusión de esfuerzos conjuntos de experimentos y teorías, y nuestro enfoque único en la química combinada, física, y conocimiento de procesamiento para acelerar el diseño de materiales, " él dice.