El control de la organización de nanopartículas en patrones en películas de polímero ultradelgadas se puede lograr con entropía en lugar de química. según un descubrimiento del Dr. Alamgir Karim, Profesor de Ingeniería de Polímeros de Goodyear Tire and Rubber Company de UA, y su alumno, el Dr. Ren Zhang. Las películas delgadas de polímero se utilizan en una variedad de aplicaciones tecnológicas, por ejemplo pinturas, lubricantes y adhesivos. Karim y Zhang han desarrollado un método original, la segregación de nanopartículas inducida por patrones de confinamiento suave (SCPINS), para fabricar películas delgadas de nanocompuestos de polímero con una organización de nanopartículas bien controlada en una escala submicrométrica. Este nuevo método controla de forma única la organización de cualquier tipo de nanopartículas en patrones en esas películas, que puede ser útil para aplicaciones que involucran sensores, circuitos de nanocables o rejillas de difracción, con los pasos de procesamiento posteriores adecuados como sinterización térmica o UV, que probablemente sean necesarios, pero la autoorganización en patrones dirigidos.

Este trabajo, "Segregación impulsada por la entropía de nanopartículas injertadas con polímeros bajo confinamiento, "se ha publicado en la edición de febrero de 2017 de procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ).

Intuitivamente, la entropía está asociada con el desorden de un sistema. Sin embargo, para materia coloidal, Se ha demostrado que un sistema puede experimentar transiciones que aumentan tanto la entropía como el orden visible. Inspirado por esta observación, Karim y Zhang investigaron el papel de la entropía en la organización dirigida de nanopartículas injertadas con polímeros (PGNP) en películas delgadas de polímeros. Simplemente imprimiendo las películas de mezcla en regiones de zanja de mesa con patrón, las nanopartículas se enriquecen espontáneamente dentro de las mesas, formando estructuras de microdominios con patrones que coinciden con el patrón topográfico. Esta segregación selectiva de PGNP es inducida por penalización entrópica debido a la alteración de la conformación de la cadena injertada cuando se confina en regiones de trinchera ultradelgadas.

Por primera vez, la organización espacial deseada de las nanopartículas se logra mediante el efecto de confinamiento entrópico inducido por patrones topográficos, sin sintonizar interacciones entálpicas a través de la química. Este método fácil, SCPINS, es aplicable a composiciones de partículas versátiles y geometrías de patrones. Este trabajo puede extenderse a sistemas de partículas multicomponente, que tiene aplicaciones potenciales en tecnologías basadas en nanomateriales como la nanoelectrónica y la plasmónica.

"El proceso es muy eficiente, ya que puede incorporar todas las nanopartículas sin desperdicio en la película de matriz restante al modelar:el 100% de las nanopartículas están modeladas, "explica Karim." La matriz remanente se puede enjuagar sin pérdida de costosas nanopartículas ".