Högpresterande material möjliggör stora framsteg inom ett brett spektrum av applikationer, från energiproduktion och digital informationslagring till sjukdomsscreening och medicinsk utrustning.

Blockpolymerer, som är två eller flera polymerkedjor med olika egenskaper kopplade samman, visa stort löfte för många av dessa applikationer, och en forskargrupp vid University of Delaware har gjort betydande framsteg i utvecklingen under de senaste åren.

"Vi använder syntes, bearbetnings- och karakteriseringsmetoder som är robusta och allmänt tillämpbara, med sikte på att skala dessa metoder för att underlätta framtida industriell användning av blockpolymerer, "säger Thomas H. Epps, III, som leder gruppen.

Epps, som är Thomas och Kipp Gutshall professor i kemisk och biomolekylär teknik och professor i materialvetenskap och teknik vid UD, och två av hans doktorander, Melody Morris och Thomas Gartner, nyligen publicerat en artikel som belyser detta arbete i Makromolekylär kemi och fysik . Biten var en "Talent" insändare, en unik artikeltyp tillägnad unga forskare.

Artikeln belyser Epps -gruppens arbete som syftar till att stämma och karakterisera blockpolymerer i bulk- och tunnfilmsgeometrier. Gruppen har utnyttjat expertis inom polymerkemi, polymerfysik, kemiteknik och materialvetenskap för att manipulera fasbeteendet, termiska övergångar och mekaniska och transportegenskaper hos blockpolymerer för att optimera materialdesign.

"Vårt mål var att visa hur ett verkligt tvärvetenskapligt tillvägagångssätt kan hjälpa till att lösa problem vid utvecklingen av nästa generations material-en utveckling som kräver samtidig övervägande av struktur, egenskaper och bearbetning, "Säger Epps.

Han pekar på batteriteknik som ett exempel.

Batterimembran, och tillhörande elektrolyter, används för att möjliggöra jontransport för energilagring och generationsapplikationer kan erbjuda hög prestanda när det gäller snabb laddning, lång livslängd och minimal självurladdning. Dock, dessa fördelar åtföljs ofta av säkerhet - till exempel explosion och brand - och miljöhänsyn.

"Vi vill designa dessa membran så att vi kan uppnå samma, eller bättre, prestanda som nuvarande teknik samtidigt som risken för explosioner och andra katastrofala fel minskar, "Säger Epps." Samtidigt, vi skulle vilja utveckla förmågan att bearbeta dessa material vid lägre temperaturer och med minskade mängder skadliga lösningsmedel. Med andra ord, Vi vill minska defekter och mildra hot mot miljön genom kontroll av tillverkning. "

Ett tillvägagångssätt som Epps -gruppen tar är användningen av nanoskala strukturer för att förbättra både enhetens prestanda och bearbetning. Att göra detta, de har utvecklat hög genomströmning och kombinatoriska beräkningsmetoder som gör att nanoskala strukturer kan visualiseras med relativt billiga optiska tekniker.

"I grund och botten, detta tillvägagångssätt gör det möjligt för oss att minimera antalet prover som måste mätas med dyra tekniker som atomkraftsmikroskopi och transmissionselektronmikroskopi, "Säger Epps.

Gruppen har också utvecklat universella utformningsregler - det vill säga de som är tillämpliga på ett antal olika typer av ytor och polymerer - för att förstå nyckelfaktorer som kopplar ytegenskaper till nanostrukturbildning.

"Dessa regler gör att vi kan förutsäga vilka polymerer som fungerar bra med vilka ytor, så, till exempel, vi kan skapa självrensande beläggningar som kan motstå fingeravtrycksfläckar på pekskärmar, "Säger Epps.

Epps leder också ett försök att göra nanoskala-mönster med blockpolymerer som ett billigt alternativ till litografiska metoder som för närvarande används för att göra elektroniska enheter.

"Med allt detta arbete, Jag tror att det som skiljer oss åt är de universella metoderna, inkludering av gemensamma experiment och teoriinsatser, och vårt unika fokus på kombinerad kemi, fysik, och bearbetningskunskap för att påskynda materialdesign, " han säger.