Η νέα θεωρία υπόσχεται να αναμορφώσει πώς σκεφτόμαστε τις υπερκατασκευές πολυμερούς

Ένα νέο θεωρητικό πλαίσιο που αναπτύχθηκε από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας υπόσχεται να αναμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες σκέφτονται τις υπερκατασκευές πολυμερών, τα οποία είναι υλικά με σύνθετες αρχιτεκτονικές που τους δίνουν μοναδικές ιδιότητες. Τα ευρήματα της ομάδας, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Science Advances, παρέχουν έναν τρόπο κατανόησης και πρόβλεψης της συμπεριφοράς αυτών των υλικών, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων υλικών με προσαρμοσμένες ιδιότητες για διάφορες εφαρμογές.

Οι υπερκατασκευές πολυμερών είναι αυτοσυναρμολογημένες δομές που σχηματίζονται από την αυθόρμητη οργάνωση αλυσίδων πολυμερών. Αυτές οι δομές μπορούν να έχουν ένα ευρύ φάσμα σχημάτων και μεγεθών, συμπεριλαμβανομένων των σφαίρων, των ράβδων και των ελάσματος. Οι ιδιότητες των υπερκατασκευών πολυμερών εξαρτώνται από την αρχιτεκτονική τους, η οποία καθορίζεται από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αλυσίδων πολυμερούς.

Το νέο θεωρητικό πλαίσιο που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές του Penn παρέχει έναν τρόπο κατανόησης και πρόβλεψης της συμπεριφοράς των υπερκατασκευών πολυμερών εξετάζοντας την ελεύθερη ενέργεια του συστήματος. Η ελεύθερη ενέργεια είναι ένα μέτρο της θερμοδυναμικής σταθερότητας ενός συστήματος και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό των συνθηκών υπό τις οποίες θα διαμορφωθεί μια συγκεκριμένη υπερκατασκευή.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το θεωρητικό τους πλαίσιο για να μελετήσουν την αυτοσυναρμολόγηση των συμπολυμερών μπλοκ, τα οποία είναι πολυμερή που αποτελούνται από δύο ή περισσότερους διαφορετικούς τύπους μονομερών μονάδων. Τα συμπολυμερή μπλοκ μπορούν να σχηματίσουν μια ποικιλία υπερκατασκευών, ανάλογα με τη σύνθεση του συμπολυμερούς μπλοκ και τις συνθήκες υπό τις οποίες συναρμολογούνται.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το θεωρητικό τους πλαίσιο προέβλεψε με ακρίβεια τη συμπεριφορά των συμπολυμερών μπλοκ και παρείχε επίσης νέες γνώσεις για τους μηχανισμούς της αυτοσυναρμολόγησης. Αυτές οι πληροφορίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για το σχεδιασμό νέων συμπολυμερών μπλοκ με προσαρμοσμένες ιδιότητες για μια ποικιλία εφαρμογών, όπως η παράδοση φαρμάκων, η μηχανική ιστών και η αποθήκευση ενέργειας.

"Η δουλειά μας παρέχει έναν νέο τρόπο να σκεφτούμε τις υπερκατασκευές πολυμερούς", δήλωσε ο Jian Qin, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικών Υλικών στο Penn και ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης. "Πιστεύουμε ότι αυτό το θεωρητικό πλαίσιο θα είναι ένα πολύτιμο εργαλείο για την κατανόηση και το σχεδιασμό αυτών των υλικών για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών".

Η μελέτη υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και το Γραφείο Ερευνών του Στρατού.