Ett team av forskare från University of Konstanz har demonstrerat en ny vattenhaltig polymerisationsprocedur för att generera polymernanopartiklar med en enda kedja och enhetlig form, som, till skillnad från tidigare metoder, innebär höga partikelkoncentrationer. En motsvarande uppsats med titeln "Uniform shape monodisperse single chain nanocrystals by living aqueous catalytic polymerization" kommer att publiceras i Naturkommunikation .

Att bygga nanomaterial, nanopartiklar med enhetliga former och storlekar krävs. Även om nanopartiklar av oorganisk metall eller metalloxid som är lämplig för montering kan genereras i en mängd olika former, det har hittills varit mycket svårt att tillverka polymernanopartiklar i andra former än sfärer. Stefan Mecking, professor i kemisk materialvetenskap vid universitetet i Konstanz säger, "I tidigare tillvägagångssätt, enkelkedjiga partiklar framställdes genom kollaps efter polymerisation eller sattes samman från lösningar av separat syntetiserade kedjor. Vad vi har lyckats göra är att demonstrera direkt polymerisation till enkelkedjiga monodispersa nanokristaller med enhetlig form för polyeten, som är det största och viktigaste syntetiska polymermaterialet."

En stor utmaning förknippad med detta tillvägagångssätt är att uppnå levande kedja och partikeltillväxt som kan upprätthållas i flera timmar och upp till mycket höga molekylvikter, idealiskt ger enkelkedjiga nanokristaller av polyeten med ultrahög molekylvikt. För att uppnå detta, forskarna utvecklade avancerade katalysatorer. "Vi genomförde sedan en serie tryckreaktortester för att identifiera idealiska förhållanden för att upprätthålla katalytisk aktivitet under längre tidsperioder och för att få insikter i kedjan och partikeltillväxtprocessen, " förklarar Mecking. "Förutom de nya katalysatorerna, kontroll av det kolloidala tillståndet hos reaktionsblandningen är ett annat nyckelelement för att erhålla de önskade vattenhaltiga partikeldispersionerna."

I motsats till många efterpolymerisationsförfaranden, den vattenhaltiga polymerisationsproceduren som utarbetats av Stefan Mecking och hans team ger höga partikeltätheter, som är jämförbara med kommersiella polymerdispersioner som används för beläggningar, färger och andra applikationer. Med hjälp av transmissionselektronmikroskopi (TEM), forskarna kunde bekräfta att partiklarna som genereras på detta sätt är sammansatta av en enda kedja, uppvisa en enhetlig form och storleksfördelning och aggregeras inte.

"Medan våra sammansättningar kanske inte helt matchar de omfattande optimerade sammansättningarna av oorganiska nanopartiklar, de verkar vara mycket lovande, " avslutar Mecking. "Med tiden, Våra insikter i skapandet av anisotropa polymernanokristaller med hjälp av vattenhaltig katalytisk polymerisation kan göra det möjligt för oss att skapa polymermaterial baserade på nanopartikelsammansättning."