De la fotónica a los productos farmacéuticos, Los materiales fabricados con nanopartículas de polímero son prometedores para los productos del futuro. Sin embargo, todavía existen lagunas en la comprensión de las propiedades de estas diminutas partículas parecidas al plástico.

Ahora, Hojin Kim, estudiante de posgrado en ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Delaware, junto con un equipo de científicos colaboradores en el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros en Alemania, Universidad de Princeton y Universidad de Trento, ha descubierto nuevos conocimientos sobre nanopartículas de polímeros. Los hallazgos del equipo, incluidas propiedades como la movilidad de la superficie, temperatura de transición vítrea y módulo elástico, fueron publicados en Comunicaciones de la naturaleza .

Bajo la dirección del profesor de MPI George Fytas, el equipo utilizó espectroscopía de luz Brillouin, una técnica que especula las propiedades moleculares de nanopartículas microscópicas al examinar cómo vibran.

"Analizamos la vibración entre cada nanopartícula para comprender cómo cambian sus propiedades mecánicas a diferentes temperaturas, "Dijo Kim". Le preguntamos:'¿Qué indica una vibración a diferentes temperaturas? ¿Qué significa físicamente? "

Las características de las nanopartículas de polímero difieren de las de las partículas más grandes del mismo material. "Su nanoestructura y su pequeño tamaño proporcionan diferentes propiedades mecánicas, Kim dijo:"Es realmente importante comprender el comportamiento térmico de las nanopartículas para mejorar el rendimiento de un material".

Toma poliestireno un material comúnmente utilizado en nanotecnología. Las partículas más grandes de este material se utilizan en botellas de plástico, vasos y materiales de empaque.

"Las nanopartículas de polímero pueden ser más flexibles o más débiles a la temperatura de transición vítrea a la que se ablandan de una textura rígida a una suave, y disminuye a medida que disminuye el tamaño de las partículas, "Dijo Kim. Eso es en parte porque la movilidad del polímero en la superficie de las partículas pequeñas se puede activar fácilmente. Es importante saber cuándo y por qué ocurre esta transición, ya que algunos productos, como membranas de filtro, necesitan mantenerse fuertes cuando se exponen a una variedad de condiciones.

Por ejemplo, un vaso de plástico desechable hecho con poliestireno polimérico podría aguantar en agua hirviendo, pero ese vaso no tiene nanopartículas. El equipo de investigación descubrió que las nanopartículas de poliestireno comienzan a experimentar la transición térmica a 343 Kelvin (158 grados F), conocida como temperatura de ablandamiento, por debajo de una temperatura de transición vítrea de 372 K (210 F) de las nanopartículas, apenas por debajo de la temperatura del agua hirviendo. Cuando se calienta a este punto, las nanopartículas no vibran, se quedan completamente quietas.

Esto no se había visto antes y el equipo encontró evidencia que sugiere que esta temperatura puede activar una capa superficial altamente móvil en la nanopartícula, Dijo Kim. A medida que las partículas se calientan entre su temperatura de ablandamiento y su temperatura de transición vítrea, las partículas interactuaban entre sí cada vez más. Otros grupos de investigación han sospechado previamente que la temperatura de transición vítrea desciende con la disminución del tamaño de las partículas debido a las diferencias en la movilidad de las partículas. pero no pudieron observarlo directamente.

"Utilizando diferentes métodos e instrumentos, Analizamos nuestros datos a diferentes temperaturas y, de hecho, verificamos que hay algo en la superficie de la nanopartícula de polímero que es más móvil en comparación con su núcleo. " él dijo.

Al estudiar las interacciones entre las nanopartículas, el equipo también descubrió su módulo de elasticidad, o rigidez.

A continuación, Kim planea usar esta información para construir una película de nanopartículas que pueda gobernar la propagación de ondas sonoras.

Eric Furst, profesor y catedrático del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la UD, también es autor correspondiente del artículo.

"Hojin tomó la iniciativa en este proyecto y logró resultados más allá de lo que podría haber predicho, ", dijo Furst." Él ejemplifica la excelencia en la investigación de ingeniería doctoral en Delaware, y no puedo esperar a ver qué hace a continuación ".