Forskare från Julich, Tyskland, ha, tillsammans med kollegor från Österrike, Italien, Colombia och USA, utvecklat ett modellsystem för så kallade mjuka kolloider. Modellen ger oss en bättre förståelse av samband mellan kolloidernas atomstruktur och deras märkbara materialegenskaper. Dessa fynd kan leda till nya tillvägagångssätt för målinriktad utveckling av innovativa kolloidmaterial. Resultaten har just publicerats i tidningen Nanoskala .

Kolloider är nano- eller mikrometerstora finfördelade partiklar eller droppar. Mjuka kolloider består av flexibla material, till exempel, polymerer, såsom proteiner och syntetiska molekyler. I naturen, mjuka kolloider finns i celler, till exempel. Inom industrin, de används bland annat i livsmedelsbearbetning, kosmetika och emulsionsfärger eller vid oljeproduktion för att uppnå nödvändiga flödesegenskaper. Vid färgtillverkning, till exempel, de säkerställer att produkterna är lätta att applicera men inte rinner av ytor.

Modelsystemet som utvecklats av forskare från Jülich Center for Neutron Science består av vatten och block -sampolymerer - trådliknande molekyler med både en hydrofil och en hydrofob komponent. I vatten, polymertrådarna ordnar sig i en stjärnaform, med de hydrofila ändarna pekande utåt, och det hydrofoba pekar inåt. Om den hydrofila komponenten är stor, bara några få molekyler kommer att bunta ihop sig löst och deras fysiska beteende liknar trådarnas. Ju större den hydrofoba komponenten är, desto fler polymerer kommer att klumpa ihop sig och täta, hårda sfärer bildas.

Tills nu, det har alltid funnits separata fysiska modeller för trådar och sfärer, som i varje fall skulle förutsäga om den resulterande lösningen skulle vara flytande eller glasartad. Med hjälp av deras vetenskapliga undersökningar och, bland annat, genom experiment med neutronspridning, forskarna har nu lyckats kombinera båda modellerna och har utvecklat ett omfattande fasdiagram som beskriver materialegenskaperna beroende på kolloidens struktur och koncentration - ta fram en receptbok för kolloider, så att säga. I själva verket, de hittade en anslutande parameter som i huvudsak avgör om modellkolloidlösningen kommer att vara flytande eller glasartad:den så kallade interaktionslängden. Detta motsvarar ungefär radien i vilken kolloiderna kan interagera med varandra, och beror bland annat på hur många molekyler en kolloid består av samt koncentrationsstyrkan för kolloiderna.

En speciell egenskap hos modellkolloiderna gjorde dessa fynd möjliga:deras mjukhet kan finjusteras mycket fint över ett stort område genom att ändra längdförhållandet mellan de hydrofila och hydrofoba komponenterna i molekyltrådarna. Det faktum att grundingredienserna alltid förblir desamma gör det enklare att skilja grundläggande korrelationer.