Tecknad film av densitetsprofil och segmentfördelning längs modellpolymerkedjor som funktion av position, där lila representerar isopren och blått representerar styren, illustrerar skillnaden mellan slumpmässiga, lutning, blockera, och avsmalnande block -sampolymerer.
Hur gör man ett material som har elastiken hos ett gummiband och värmeisoleringen av en frigolitskål? Anslut två distinkta polymerkedjor - poly (isopren) och poly (styren) - ände till ände som en serie barns byggstenar. Resultatet är en lämpligt benämnd "block -sampolymer" som ståtar med egenskaperna hos båda materialen och som vanligtvis används i bilarnas däck och på sportskorna.
Men den mest imponerande egenskapen hos en blocksampolymer är dess förmåga att montera sig själv. Tänka, till exempel, tappa en blandning av poly (isopren) och poly (styren) på golvet. De två inkompatibla blocken kommer att "fasavskiljas" som olja och vatten. Dock, anslut ändarna på de två polymererna tillsammans och materialet kan vanligtvis sättas ihop till ett väldefinierat material med nanoskala struktur.
Den naturliga enheten är extremt värdefull för nya nanoskala applikationer, inklusive material för bränsleceller, litiumjonbatterier, och organisk solceller.
Block-sampolymerer kan skapa väldefinierade nanostrukturer utan traditionell nanoskala-behandling, säger forskaren Thomas Epps vid University of Delaware. Användningen av blocksampolymerer kan hjälpa till att öka eller ersätta litografiska och andra tekniker, vilket innebär att man kan göra nanoskala material utan de dyra verktygen.
För att dra full nytta av en blocksampolymer molekylarkitektur, forskare letar efter sätt att kontrollera samspelet mellan polymerblock genom medel som höga temperaturer och selektiva lösningsmedel.
"När jag gör en sampolymer av en viss komposition och molekylvikt, Jag har vanligtvis låst mig in i en bearbetningstemperatur baserad på dessa kemiska faktorer, "Sa Epps." Vi vill hitta ett sätt att justera dessa material så att, oavsett vilka block som kombineras, vi kan kontrollera bearbetningsvillkoren. "
Att göra detta, Epps och andra forskare vid University of Delaware Nripen Singh och Maeva Tureau utforskar tuning med avsmalnande, vilket ökar polymerens kompatibilitet genom att utjämna det kemiska gränssnittet mellan de två blocken.
Synkrotron-SAXS-data för en P (I-SI-S) avsmalnande diblock-sampolymer. Prover glödgades vid 210 oC och kyldes sedan till rumstemperatur för datainsamling. Integralmodulvärdena är karakteristiska för lameller med två domäner. Insatsen visar en transmissionselektronmikroskopi-bild av ett P (I-SI-S) -prov. Provet färgas av OsO4 -ånga för att öka kontrasten.
Avsmalnande konceptualiserad:tänk på ett block av lila pärlor kopplade till ett block med blå pärlor. En vanlig blocksampolymer kommer att ha ett skarpt gränssnitt som separerar de två typerna av pärlor. I en avsmalnande blocksampolymer, ett område mellan de två blocken har infogats så att antalet lila pärlor långsamt kommer att minska när antalet blå pärlor ökar. I en omvänd konisk block -sampolymer, det motsatta inträffar (se figur).
Avsmalnande av gränssnittet anses minska "straffet" för blandning mellan de två mycket olika blocken. Resultatet är en lägre bearbetningstemperatur, som är lättare och billigare att uppnå, och större kemisk kompatibilitet.
För att testa denna idé, forskarna syntetiserade ett antal avsmalnande poly (isopren-b-styren) block-sampolymerprover vid University of Delaware:prover med olika avsmalnande längder (från 15-35 procent avsmalnande material) med antingen normal eller invers avsmalnande.
Proverna värmdes och kyldes sedan medan forskare observerade förändringarna i materialet med liten vinkel röntgenspridning vid NSLS (beamline X27C) och Argonnes Advanced Photon Source, och transmissionselektronmikroskopi och dynamisk mekanisk analys vid University of Delaware.
Deras resultat, som dök upp den 7 december, 2009 års nummer av Mjuk materia , bevisat att forskare kan ställa in kompatibiliteten för blocksampolymerer (via avsmalnande) utan att det skadar materialets ordning eller mekaniska egenskaper. Forskningen avslöjade också att invers avsmalnande ger den största ökningen av kompatibilitet.
"Den inversa avsmalningen tvingar mer ogynnsamma interaktioner i den syntetiserade sampolymeren så straffet för att skapa fler interaktioner genom självmontering eller blandning är mindre, "Sa Epps.
