Kredit:Joeri Opdam
Mjukt material är en viktig klass av material som vanligtvis består av kolloidala partiklar och/eller polymerer i ett flytande medium. För vissa kompositioner tenderar dessa typer av system att (mikro-)fassepareras och blandas upp i samexisterande faser som skiljer sig i sammansättning, struktur och egenskaper. Doktorn Joeri Opdam utvecklade teoretiska metoder för att noggrant förutsäga fasbeteendet hos mjukmaterialsystem som består av kolloidala blandningar och blocksampolymerer, vilket är avgörande för deras tillämpningar i produkter som beläggningar, läkemedel och livsmedel.
Kolloidala partiklar och polymerer är viktiga byggstenar för tillverkning av nya material. Dessutom finns de överallt i så kallad "mjuk materia" som syftar på industriprodukter som färg, majonnäs och tandkräm men också naturliga system som lera, blod och levande celler. Sådana system uppvisar fasbeteende som liknar atomer och molekyler där, beroende på koncentrationen av kolloidala och/eller polymera komponenter, olika faser såsom en vätska eller en (flytande) kristall antas. I en kolloidal dispersion som innehåller partiklar med olika storlekar och/eller former eller i lösningar av segmentsampolymerer kan interaktionerna mellan de olika komponenterna inducera fasseparation. Då är systemet inte längre homogent utan demixas till samexisterande faser med olika sammansättningar. För många tillämpningar är det önskvärt att förhindra fasseparation, men i vissa fall kan det vara en önskad effekt att separera komponenter med hjälp av fasövergångar eller inducera stratifiering.
I sin Ph.D. forskning, förbättrade Opdam teoretiska koncept som ursprungligen utvecklades för att studera fasbeteende hos kolloid/polymerblandningar, men som nu kan tillämpas på kolloidala blandningar. Med denna teoretiska modell kartlade han stabilitetsregionerna för olika typer av (samexisterande) faser för kolloidala blandningar för ett brett spektrum av storleksförhållanden, formparametrar och koncentrationer. Modellförutsägelserna är i nära överensstämmelse med experiment och datorsimuleringar utförda av medarbetare. Dessutom avslöjade teorin en mängd intressanta fenomen som möjligheten att separera i fem olika samexisterande faser i en enkel dispersion som bara innehåller två typer av hårda partiklar.
Gallermodell
Blocksampolymerer kan spontant ordna i makroskopiska faser med periodiska domäner i nanometerskalan. Med hjälp av en gittermodell baserad på självkonsistent fältteori visade Opdam hur lösningsmedel kan användas för att manipulera storleken och formen på dessa domäner som kan användas för att tillverka blocksampolymermaterial med specifika optiska eller elektroniska egenskaper. Vidare visade han hur ytaffiniteten hos ytmodifierare av segmentsampolymer i beläggningsformuleringar som är relevanta för fordonsindustrin påverkas av torkning. Resultaten stödde experimentella fynd, som avslöjade att fördelningen av segmentsampolymerer över bulken och ytan avsevärt kan avvika mellan den våta beläggningsformuleringen och den härdade beläggningen.
Teoretiska modeller erbjuder en snabb metod för att uppskatta hur vissa parametrar påverkar fasövergångar och kan därför användas för att styra experimentellt och beräkningsarbete. Denna forskning är därför ett viktigt steg mot förståelse och effektiv användning av kolloidala blandningar och blocksampolymerer som hjälper till att designa mjuka materialsystem med önskade egenskaper. + Utforska vidare
