Antes de diseñar la próxima generación de materiales blandos, Los investigadores primero deben comprender cómo se comportan durante una deformación que cambia rápidamente. En un nuevo estudio, Los investigadores desafiaron supuestos previos sobre el comportamiento de los polímeros con técnicas de laboratorio recientemente desarrolladas que miden el flujo de polímeros a nivel molecular.

Este enfoque puede conducir al diseño de nuevos sistemas biomédicos, Aplicaciones industriales y ambientales:desde polímeros que ayudan en la coagulación de la sangre hasta materiales que extraen petróleo y gas de los pozos de manera más eficiente.

Los hallazgos se publican en la revista Cartas de revisión física .

Comprender la mecánica de cómo los materiales reaccionan molecularmente a los flujos cambiantes es fundamental para desarrollar materiales de alta calidad. los investigadores dijeron, y la definición de un marco para interpretar y describir estas propiedades ha eludido a los científicos durante décadas.

"Cuando los materiales poliméricos, sintéticos o biológicos, se deforman, reaccionan a escalas macroscópicas y moleculares, "dijo Simon Rogers, profesor de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Illinois y autor principal del nuevo estudio. "La relación entre las dos escalas de respuesta es compleja y ha sido, hasta ahora, difícil de describir ".

Estudios anteriores han intentado caracterizar matemáticamente la relación entre los comportamientos microscópicos y macroscópicos de la deformación del polímero, los investigadores dijeron, pero no han podido relacionar la física con observaciones microestructurales bien definidas.

"En nuestro estudio, Queríamos medir las propiedades estructurales y mecánicas de los polímeros durante la deformación, arrojar luz directamente sobre el origen de propiedades mecánicas únicas, "dijo Johnny Ching-Wei Lee, estudiante de posgrado y coautor del estudio. "Pensamos que quizás era mejor intentar utilizar observaciones directas para explicar la compleja física".

En el laboratorio, Los investigadores midieron simultáneamente deformaciones multiescala combinando herramientas tradicionales para medir el estrés y la deformación a nivel macroscópico con una técnica llamada dispersión de neutrones para observar la estructura a escala molecular.

El equipo encontró algo inesperado.

"Con mediciones simultáneas de flujo y dispersión de neutrones, somos capaces de correlacionar directamente la estructura y las propiedades mecánicas con una resolución temporal del orden de milisegundos, "dijo la coautora del estudio Katie Weigandt, un investigador del Instituto Nacional de Estándares y Centro de Tecnología para la Ciencia de Neutrones. "Este enfoque ha llevado a una comprensión fundamental en una amplia gama de fluidos complejos nanoestructurados, y en este trabajo, valida nuevos enfoques para realizar mediciones de flujo de polímeros. "

"Investigaciones anteriores habían asumido que la cantidad de deformación aplicada en la macroescala es lo que experimentan los materiales blandos en la microescala, "Dijo Lee." Pero los datos de dispersión de neutrones de nuestro estudio muestran claramente que es la deformación que se puede recuperar lo que importa porque dicta la respuesta completa, en términos de flujo macroscópico, algo que antes se desconocía ".

Los investigadores dijeron que este desarrollo ayudará a rectificar varios fenómenos poco entendidos en la investigación de polímeros. como por qué los polímeros se expanden durante los procesos de impresión tridimensional.

"Hemos creado lo que llamamos una relación estructura-propiedad-procesamiento, "Rogers dijo." Este sutil, Sin embargo, una forma fundamentalmente diferente de pensar sobre el comportamiento del polímero resume lo que vemos como una relación simple y hermosa que esperamos sea bastante impactante ".

La investigación aporta conocimientos clave sobre el desafío de larga data en materia blanda condensada, y el equipo dijo que las relaciones establecidas entre estructura, propiedad y procesamiento podrían proporcionar un nuevo criterio de diseño para materiales blandos.