Badanie pokazuje, jak polimery relaksują się po stresującym przetwarzaniu

Anonim

Polega na tym, że polimery, które tworzą materiały syntetyczne potrzebują czasu, by odstresować je po przetworzeniu, twierdzą naukowcy. Nowe badanie wykazało, że splątane polimery o długim łańcuchu w roztworach relaksują się z dwoma różnymi szybkościami, co oznacza postęp w dziedzinie podstawowej fizyki polimerów. Odkrycia pozwolą lepiej zrozumieć fizyczne właściwości materiałów polimerowych i krytyczne nowe spojrzenie na to, w jaki sposób poszczególne cząsteczki polimeru reagują na warunki obróbki o wysokim naprężeniu.

Badanie, opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters, może pomóc w ulepszeniu produkcji materiałów syntetycznych i ma zastosowanie w biologii, inżynierii mechanicznej i materiałowej, a także w fizyce materii skondensowanej.

"Nasze jednocząsteczkowe eksperymenty pokazują, że polimery lubią pokazywać swoje indywidualne zachowanie, które ujawniło nieoczekiwaną i uderzającą heterogenną dynamikę w splątanych roztworach polimerowych" - powiedział współautor Charles Schroeder, profesor inżynierii chemicznej i biomolekularnej oraz członek wydziału Beckman Institute for Advanced Science and Technology na University of Illinois w Urbana-Champaign. "Głównym celem naszych badań jest zrozumienie, w jaki sposób pojedyncze polimery - działając jako osobnicy - współpracują, aby nadać materiałom właściwości makroskopowe, takie jak lepkość i wytrzymałość."

Korzystając z techniki zwanej jednocząsteczkową mikroskopią fluorescencyjną, badacze mogą obserwować w czasie rzeczywistym - pojedyncze cząsteczki polimeru rozluźniają się po rozciągnięciu, pociągnięciu i ściśnięciu procesu produkcyjnego. "Wyobraź sobie, że zaglądasz do miski gotowanego spaghetti i obserwujesz ruch pojedynczego makaronu, gdy miska jest mieszana" - powiedział Schroeder.

"Stwierdziliśmy, że polimery wykazują jeden z dwóch różnych trybów relaksacji" - powiedział współautor i absolwent Yuecheng (Peter) Zhou. "Jedna grupa polimerów uległa rozluźnieniu w wyniku pojedynczego rozpadu wykładniczej szybkości, a druga grupa wykazała proces dwufazowy, ta druga populacja ulega bardzo szybkiemu początkowemu retrakowaniu, po którym następuje powolne rozluźnienie. Istnienie dwóch różnych populacji molekularnych było nieoczekiwane i nie przewidywano według klasycznej teorii. "

To badanie pracowało z DNA o wysokiej masie cząsteczkowej, ponieważ służy jako idealny model innych rodzajów syntetycznych polimerów organicznych, twierdzą naukowcy.

"Wybraliśmy DNA jako nasz modelowy polimer, ponieważ jest to bardzo duża cząsteczka, a łańcuchy są wystarczająco duże, aby obrazować w naszym mikroskopie" - powiedział Schroeder. "Są one również tej samej wagi, co zapewniło nam bardzo czysty, dobrze zdefiniowany system analizy danych."

Naukowcy odkryli, że procent subpopulacji molekularnej, która wykazuje dwufazowe właściwości relaksacyjne, wzrasta wraz ze wzrostem całkowitego stężenia polimeru w splątanych roztworach.

"Nie jesteśmy pewni, dlaczego tryb relaksacji jednomodowej lub trybu szybkiego wycofywania wydaje się być zależny od stężenia, ale może mieć związek ze zwiększonym tarciem interpolimerowym - im więcej polimerów, tym większa szansa, że ​​będą ze sobą współdziałać, zwłaszcza w równowadze. - powiedział Zhou. "Pracujemy z teoretykami tutaj na Uniwersytecie Illinois, aby lepiej wyjaśnić zjawiska relaksacji jednomodowej i dwumodowej."

Zespół jest podekscytowany możliwością uzyskania nowego wglądu w zrozumienie, w jaki sposób przepływ złożonych płynów i w jaki sposób są przetwarzane i wytwarzane, szczególnie w przypadku polimerów poddawanych intensywnym naprężeniom, takich jak płyny używane do drukowania trójwymiarowego.

menu
menu