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    Materiales nanoestructurados a base de siloxano para plásticos novedosos y microelectrónica

    Brigitte Lamers defendió su tesis doctoral sobre la interacción de la segregación de fases y las interacciones supramoleculares. Crédito:Universidad Tecnológica de Eindhoven

    La autoorganización de componentes moleculares en nanoestructuras ordenadas jerárquicamente es una parte esencial para el desarrollo de nuevos materiales en nanotecnologías emergentes y plásticos sostenibles. Brigitte Lamers investigó la compleja interacción entre las fuerzas impulsoras moleculares para el ensamblaje a granel para encontrar relaciones estructura-propiedad en el área que fusiona copolímeros de bloque y cristales líquidos. Ella defendió su Ph.D. el 23 de junio.

    La función y propiedades macroscópicas de la mayoría de los materiales que nos rodean está fuertemente relacionada con su micro o nanoestructura que está formada por interacciones favorables o desfavorables entre las moléculas que lo componen. Algunos ejemplos son los plásticos, compuesto de polímeros en los que el empaquetamiento entre las hebras de polímero está determinado por la interacción entre las hebras que, en general, determina las propiedades macroscópicas de los materiales.

    Los polímeros también se pueden utilizar en nuevas nanotecnologías en las que se combinan la litografía descendente y el ensamblaje ascendente para obtener patrones de líneas o puntos muy organizados que se pueden utilizar para el desarrollo de chips electrónicos. Aquí en, las interacciones que gobiernan el autoensamblaje de los copolímeros de bloque determinan la morfología nanoestructurada final.

    Por eso, una comprensión de la relación entre la estructura molecular, La nanoestructura y las propiedades macroscópicas son primordiales para crear nuevos materiales para un futuro sostenible en el que podamos almacenar la cantidad de datos que se producen hoy en día y mantener nuestros océanos limpios con plásticos novedosos que son fácilmente reciclables.

    Efectos de dispersión

    Para comprender las relaciones estructura-propiedad, es clave utilizar moléculas discretas para excluir los efectos de dispersión, conocido en polímeros. Estos efectos de dispersión obstaculizan la formación de una nanoestructura muy ordenada por los copolímeros de bloque y provocan una inseguridad para determinar de dónde provienen las propiedades del material, ya que cada hebra de polímero tiene su propia propiedad macroscópica. Por lo tanto, Brigitte Lamers utilizó cooligómeros de bloques discretos para estudiar su autoensamblaje en nanoestructuras organizadas jerárquicamente.

    Lamers investigó la estructura de las relaciones de propiedad de cooligómeros de bloques discretos de los cuales uno de los dos bloques está compuesto de oligodimetilsiloxano de longitud discreta. El siloxano es altamente incompatible con muchos otros oligómeros o moléculas que unimos al oligómero. La interacción desfavorable hace que se produzca una segregación de fases que aprovechamos para el autoensamblaje confinado de los cooligómeros de bloque.

    Dentro del estado de fase segregada, la molécula u oligómero que está unido covalentemente al siloxano puede ensamblarse en nanoestructuras unidimensionales (1D) o bidimensionales (2D) mediante nanoestructuras no covalentes, interacciones supramoleculares o cristalización, respectivamente. El ensamblaje confinado da como resultado nanoestructuras altamente organizadas con límites extremadamente definidos entre las fases, importante para la litografía. Es más, las transiciones de fase son extremadamente nítidas, lo que permite el desarrollo de sensores de respuesta térmica.

    Propiedades macroscópicas

    A diferencia de, la cristalización o autoensamblaje de la molécula unida al siloxano también puede competir con la segregación de fases inducida por el siloxano. Esto provoca defectos en la morfología nanoestructurada que pueden originarse por un desequilibrio en la cinética de difusión y cristalización o por la desestabilización de la estructura cristalina 3D.

    La selección de la vía en esta compleja interacción de interacciones es muy sensible y puede verse alterada por pequeñas variaciones en la estructura molecular. Lamers descubrió que tales cambios pueden introducir un cambio macroscópico de las propiedades del material. También alteró la arquitectura de los co-oligómeros en bloque, lo que dio diferencias notables en el orden nanoestructural. Aunque ambos materiales estaban compuestos por los mismos componentes, ella obtuvo un quebradizo, material cristalino y un plástico dúctil.

    Es más, ha demostrado que la conectividad de los bloques terminales en un material multicomponente es importante para el orden en el ensamblaje conjunto. Las interacciones direccionales en el ensamblaje multicomponente provocan la formación de la nanoestructura ordenada que hizo que el material fuera útil para la nanoelectrónica blanda. Estos ejemplos enfatizan la influencia de la estructura molecular y la nanoestructura en las propiedades de los materiales.

    Finalmente, ha utilizado el conocimiento obtenido sobre interacciones supramoleculares en materiales discretos a base de siloxano para obtener plásticos reciclables a base de polidimetilsiloxano en los que alteramos la fuerza de las interacciones del motivo supramolecular para obtener tres plásticos distintos que tienen un aspecto quebradizo, propiedades elásticas viscosas o termoplásticas.


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