Los polímeros que componen los materiales sintéticos necesitan tiempo para eliminar el estrés después del procesamiento, dijeron los investigadores. Un nuevo estudio ha encontrado que entrelazados, Los polímeros de cadena larga en soluciones se relajan a dos velocidades diferentes, marcando un avance en la física fundamental de polímeros. Los hallazgos proporcionarán una mejor comprensión de las propiedades físicas de los materiales poliméricos y una nueva visión crítica de cómo las moléculas de polímero individuales responden a las condiciones de procesamiento de alto estrés.

El estudio, publicado en la revista Cartas de revisión física , podría ayudar a mejorar la fabricación de materiales sintéticos y tiene aplicaciones en biología, ciencias mecánicas y de los materiales, así como física de la materia condensada.

"Nuestros experimentos de una sola molécula muestran que a los polímeros les gusta mostrar su comportamiento individualista, que ha revelado dinámicas heterogéneas inesperadas y sorprendentes en soluciones de polímeros entrelazados, "dijo el coautor Charles Schroeder, profesor de ingeniería química y biomolecular y miembro de la facultad del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "Un objetivo principal de nuestra investigación es comprender cómo los polímeros individuales, actuando como individuos, trabajan juntos para dar a los materiales propiedades macroscópicas como viscosidad y dureza".

Usando una técnica llamada microscopía de fluorescencia de molécula única, los investigadores pueden observar, en tiempo real, cómo las moléculas de polímero individuales se relajan después del estiramiento, tirando y exprimiendo del proceso de fabricación. "Imagínese mirar en un cuenco de espaguetis cocidos y observar el movimiento de un solo fideo mientras se mezcla el cuenco, ", Dijo Schroeder.

"Descubrimos que los polímeros exhiben uno de dos modos de relajación distintos, ", dijo el coautor y estudiante de posgrado Yuecheng (Peter) Zhou." Un grupo de polímeros se relajó a través de una única tasa exponencial de descomposición y el otro grupo mostró un proceso de dos fases. Esa segunda población sufre una retracción inicial muy rápida seguida de una relajación lenta. La existencia de dos poblaciones moleculares diferentes fue inesperada y no fue predicha por la teoría clásica ".

Este estudio trabajó con ADN de alto peso molecular porque sirve como modelo ideal de otros tipos de polímeros orgánicos sintéticos, dijeron los investigadores.

"Elegimos el ADN como nuestro polímero modelo porque es una molécula muy grande y las cadenas son lo suficientemente grandes como para visualizarlas en nuestro microscopio, ", Dijo Schroeder." También tienen el mismo peso, que nos proporcionó una muy limpia, sistema bien definido para el análisis de datos ".

Los investigadores encontraron que el porcentaje de la subpoblación molecular que exhibe el comportamiento de relajación de dos fases aumenta a medida que aumenta la concentración general de polímero en las soluciones entrelazadas.

"No estamos seguros de por qué el modo de relajación monomodo o de retracción rápida parece depender de la concentración, pero puede tener que ver con una mayor fricción entre polímeros:cuantos más polímeros, cuanto mayor sea la probabilidad de que interactúen, especialmente fuera de equilibrio, ", Dijo Zhou." Estamos trabajando con teóricos aquí en la Universidad de Illinois para explicar mejor los fenómenos de relajación monomodo y bimodal ".

El equipo está emocionado de aportar nuevos conocimientos para comprender cómo fluyen los fluidos complejos y cómo se procesan y fabrican. especialmente con polímeros que están sometidos a un estrés intenso, como los fluidos que se utilizan para la impresión 3D.