Los polímeros son moléculas grandes que se forman uniendo una serie de bloques de construcción idénticos. Son atractivos para la fabricación porque son económicos y fáciles de procesar y modificar.
Para ampliar las aplicaciones de los polímeros y mejorar su sostenibilidad, los científicos necesitan una mayor comprensión de su dinámica estructural. Estos materiales blandos experimentan condiciones cambiantes durante la fabricación. Esto puede afectar a sus propiedades finales y rendimiento. A medida que los polímeros experimentan cambios de fase (por ejemplo, de sólido a líquido), la forma en que reaccionan a las fuerzas se vuelve cada vez más compleja y difícil de medir.
En este trabajo, los investigadores combinaron teoría y modelado computacional para caracterizar polímeros fundidos en condiciones de flujo estacionario. Encontraron características universales que pueden ayudar en el diseño de materiales poliméricos avanzados. La investigación se publica en la revista Physical Review Letters. .
Los polímeros están avanzando en la fabricación, especialmente en la fabricación aditiva o la impresión 3D. Las empresas pueden utilizar estos materiales blandos de bajo costo y fácil procesamiento para fabricar muchas piezas, herramientas y productos diferentes. El avance de los polímeros podría permitir a la industria fabricar de manera eficiente productos de mayor calidad con propiedades personalizadas y formas y estructuras intrincadas. Esto ampliaría el uso de polímeros en aplicaciones de alto rendimiento como automóviles y aeroespaciales.
Los investigadores tienen un buen conocimiento de la dinámica de los polímeros en estado de equilibrio. Sin embargo, carecen de información sobre cómo responden los polímeros al estrés y a los cambios de temperatura durante el procesamiento. El enfoque de modelado de este estudio permite a los investigadores extraer esta información. Esto podría conducir a predicciones más precisas del rendimiento y a un mejor diseño de materiales poliméricos.
Los materiales poliméricos, incluidos el plástico y el caucho, están formados por largas cadenas de moléculas que pueden moverse aplicando energía, como cambiando la temperatura o aplicando una fuerza externa. En el material polimérico a granel, muchas de estas cadenas poliméricas están entrelazadas e interactúan mediante un movimiento aleatorio, o movimiento browniano, que puede vincularse directamente a propiedades observables. Los neumáticos de los automóviles, por ejemplo, se vuelven más flexibles a temperaturas más altas y más rígidos en climas fríos.
Cuando los polímeros se funden, fluyen, lo que significa que las cadenas moleculares interactúan entre sí y con otras cadenas moleculares y también son libres de moverse de manera diferente en diferentes direcciones. La teoría de la probabilidad puede caracterizar la física de polímeros en un estado de equilibrio, pero no ha sido suficiente para describir polímeros bajo flujo que introducen una complejidad matemática adicional.
En este estudio, los investigadores introdujeron dos métodos clave para tomar huellas dactilares de la compleja dinámica del flujo de polímeros. Ampliaron el movimiento browniano con marcos de referencia complementarios para abordar los movimientos de cadenas de polímeros individuales en relación con el flujo y utilizaron una técnica de expansión armónica esférica para resolver el movimiento anisotrópico.
Más información: Zhiqiang Shen et al, Toma de huellas dactilares de los movimientos brownianos de polímeros bajo flujo, Cartas de revisión física (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.129.057801
Información de la revista: Cartas de revisión física
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