Polymeröverbyggnader är självmonterade strukturer som bildas av den spontana organisationen av polymerkedjor. Dessa strukturer kan ha ett brett utbud av former och storlekar, inklusive sfärer, stavar och lameller. Egenskaperna hos polymeröverbyggnader beror på deras arkitektur, som bestäms av interaktionerna mellan polymerkedjorna.
Det nya teoretiska ramverket som utvecklats av Penn-forskarna ger ett sätt att förstå och förutsäga beteendet hos polymeröverbyggnader genom att beakta systemets fria energi. Fri energi är ett mått på den termodynamiska stabiliteten i ett system, och det kan användas för att bestämma de förhållanden under vilka en viss överbyggnad kommer att bildas.
Forskarna använde sitt teoretiska ramverk för att studera självmontering av blocksampolymerer, som är polymerer som består av två eller flera olika typer av monomerenheter. Blocksampolymerer kan bilda en mängd olika överbyggnader, beroende på sammansättningen av segmentsampolymeren och de förhållanden under vilka den är sammansatt.
Forskarna fann att deras teoretiska ramverk exakt förutspådde beteendet hos blocksampolymerer, och det gav också nya insikter om mekanismerna för självmontering. Denna information kan användas för att designa nya blocksampolymerer med skräddarsydda egenskaper för en mängd olika tillämpningar, såsom läkemedelsleverans, vävnadsteknik och energilagring.
"Vårt arbete ger ett nytt sätt att tänka på polymeröverbyggnader", säger Jian Qin, en postdoktor vid Institutionen för materialvetenskap och teknik vid Penn och den första författaren till studien. "Vi tror att detta teoretiska ramverk kommer att vara ett värdefullt verktyg för att förstå och designa dessa material för ett brett spektrum av tillämpningar."
Studien stöddes av National Science Foundation och Army Research Office.
