Experimentos con instrumentos de dispersión de última generación revelan una ausencia de patrones específicos en los rayos X dispersados ​​por materiales nanocompuestos. Con la ayuda de técnicas de simulación avanzadas, un nuevo estudio sugiere que las interacciones atractivas entre nanopartículas con diversas formas y tamaños son probablemente las responsables de este comportamiento.

La dispersión de rayos X y neutrones en ángulos pequeños es una herramienta útil para estudiar estructuras moleculares y de nanopartículas. Sin embargo, hasta ahora, los experimentos han revelado una sorprendente falta de estructura de nanopartículas en ciertos materiales nanocompuestos, cuyos esqueletos moleculares están reforzados con nanopartículas previamente tratadas con adsorción de polímeros.

En un nuevo enfoque detallado en EPJ E , Anne-Caroline Genix y Julian Oberdisse de la Universidad de Montpellier, Francia, muestran que estos patrones sólo pueden producirse mediante interacciones atractivas entre nanopartículas con una amplia gama de formas y tamaños.

Los resultados del dúo resaltan las capacidades de rápida mejora de los instrumentos de dispersión de ángulo pequeño y también podrían ayudar a los investigadores a mejorar sus técnicas para estudiar nanocompuestos, con aplicaciones en áreas que incluyen electrónica miniaturizada, ingeniería de tejidos biológicos y materiales resistentes y livianos para aviones. P>

Cuando haces de rayos X o neutrones interactúan con átomos en muestras de materiales, la transferencia de impulso resultante hace que se dispersen en patrones característicos, que varían según la estructura molecular de la muestra. En los últimos años, los instrumentos para medir esta dispersión han mejorado rápidamente, ofreciendo una adquisición de datos más rápida, así como mediciones más precisas y extensas de los cambios en las velocidades y direcciones de las partículas.

En su investigación reciente, Genix y Oberdisse han utilizado la técnica para estudiar las estructuras de nanocompuestos concentrados a base de polímeros. Es bien sabido que en altas concentraciones de nanopartículas, las interacciones entre las partículas modifican el patrón de dispersión.

Sin embargo, sorprendentemente en sus experimentos, el dúo descubrió que esto no parecía suceder:en cambio, los patrones de dispersión de rayos X que observaron parecían indicar nanopartículas individuales. Para explicar este resultado, los investigadores realizaron simulaciones numéricas para relacionar las posiciones de las nanopartículas en el espacio con los patrones de dispersión que observaron.

Descubrieron que para altas concentraciones de nanopartículas, las interacciones atractivas entre nanopartículas con una amplia gama de formas y tamaños producen un estado casi "sin estructura" en el nanocompuesto, lo que explica la falta de características específicas en sus observaciones. Este descubrimiento ofrece información importante sobre las propiedades moleculares de los nanocompuestos y cómo podrían diseñarse para optimizar sus propiedades únicas.

Más información: Anne-Caroline Genix et al, Sobre la ausencia de factores estructurales en suspensiones coloidales concentradas y nanocompuestos, The European Physical Journal E (2023). DOI:10.1140/epje/s10189-023-00306-6

Información de la revista: Revista Europea de Física E

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