La materia blanda es una clase importante de materiales que normalmente consiste en partículas coloidales y/o polímeros en un medio líquido. Para ciertas composiciones, estos tipos de sistemas tienden a separarse en (micro)fases y desmezclarse en fases coexistentes que difieren en composición, estructura y propiedades. El investigador de doctorado Joeri Opdam desarrolló métodos teóricos para predecir con precisión el comportamiento de fase de los sistemas de materia blanda que consisten en mezclas coloidales y copolímeros en bloque, lo cual es crucial para sus aplicaciones en productos como recubrimientos, productos farmacéuticos y alimentos.

Las partículas coloidales y los polímeros son bloques de construcción importantes para la fabricación de nuevos materiales. Además, están omnipresentes en la denominada "materia blanda", que se refiere a productos industriales como pintura, mayonesa y pasta de dientes, pero también a sistemas naturales como arcilla, sangre y células vivas. Dichos sistemas muestran un comportamiento de fase similar a los átomos y moléculas donde, dependiendo de la concentración de componentes coloidales y/o poliméricos, se asumen diferentes fases, como un fluido o un cristal (líquido). En una dispersión coloidal que contiene partículas de diferentes tamaños y/o formas o en soluciones de copolímeros de bloque, las interacciones entre los diferentes componentes pueden inducir la separación de fases. Entonces, el sistema ya no es homogéneo sino que se desmezcla en fases coexistentes con diferentes composiciones. Para muchas aplicaciones, se desea evitar la separación de fases, pero en ciertos casos puede ser un efecto deseado separar los componentes mediante transiciones de fase o inducir la estratificación.

En su Ph.D. investigación, Opdam mejoró los conceptos teóricos desarrollados originalmente para estudiar el comportamiento de fase de las mezclas de coloides/polímeros, pero que ahora se pueden aplicar a las mezclas coloidales. Con este modelo teórico mapeó las regiones de estabilidad de diferentes tipos de fases (coexistentes) para mezclas coloidales para una amplia gama de proporciones de tamaño, parámetros de forma y concentraciones. Las predicciones del modelo concuerdan estrechamente con los experimentos y simulaciones por computadora realizadas por colaboradores. Además, la teoría reveló una variedad de fenómenos interesantes, como la posibilidad de separarse en cinco fases coexistentes diferentes en una dispersión simple que contiene solo dos tipos de partículas duras.

Modelo de celosía

Los copolímeros de bloque pueden ordenarse espontáneamente en fases macroscópicas con dominios periódicos en la escala nanométrica. Usando un modelo de red basado en la teoría de campo autoconsistente, Opdam mostró cómo se pueden usar los solventes para manipular el tamaño y la forma de estos dominios que se pueden usar para fabricar materiales de copolímero de bloque con propiedades ópticas o electrónicas específicas. Además, mostró cómo la afinidad superficial de los modificadores de superficie de copolímeros en bloque en formulaciones de recubrimiento relevantes para la industria automotriz se ve afectada por el secado. Los resultados respaldaron los hallazgos experimentales, que revelaron que la distribución de los copolímeros de bloque sobre el volumen y la superficie puede desviarse significativamente entre la formulación de recubrimiento húmedo y el recubrimiento curado.

Los modelos teóricos ofrecen un método rápido para estimar cómo ciertos parámetros afectan las transiciones de fase y, por lo tanto, pueden usarse para guiar el trabajo experimental y computacional. Por lo tanto, esta investigación es un paso importante hacia la comprensión y el uso eficiente de mezclas coloidales y copolímeros de bloque que ayudan al diseño de sistemas de materia blanda con las propiedades deseadas. + Explora más

Los campos elásticos amplían la comprensión de los cristales moleculares quirales