Hoogwaardige materialen maken grote vooruitgang mogelijk in een breed scala aan toepassingen, van energieopwekking en digitale informatieopslag tot ziektescreening en medische apparaten.

Blok polymeren, die twee of meer polymeerketens zijn met verschillende eigenschappen die met elkaar zijn verbonden, veelbelovend voor veel van deze toepassingen, en een onderzoeksgroep aan de Universiteit van Delaware heeft de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt in hun ontwikkeling.

"We gebruiken synthese, verwerkings- en karakteriseringsmethoden die robuust en breed toepasbaar zijn, met het oog op het opschalen van deze methoden om de toekomstige industriële acceptatie van blokpolymeren te vergemakkelijken, " zegt Thomas H. Epps, III, wie de groep leidt.

eps, wie is de Thomas en Kipp Gutshall hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering en hoogleraar materiaalkunde en engineering aan de UD, en twee van zijn afgestudeerde studenten, Melody Morris en Thomas Gartner, publiceerde onlangs een artikel over dit werk in Macromoleculaire chemie en fysica . Het stuk was een "Talent" inzending, een uniek artikeltype gewijd aan jonge wetenschappers.

Het artikel belicht het werk van de Epps-groep gericht op het afstemmen en karakteriseren van blokpolymeren in bulk- en dunnefilmgeometrieën. De groep heeft expertise in polymeerchemie, polymeer fysica, chemische technologie en materiaalkunde om het fasegedrag te manipuleren, thermische overgangen en mechanische en transporteigenschappen van blokpolymeren om het materiaalontwerp te optimaliseren.

"Ons doel was om te laten zien hoe een echt multidisciplinaire aanpak kan helpen bij het oplossen van problemen bij de ontwikkeling van materialen van de volgende generatie - een ontwikkeling die gelijktijdige aandacht vereist voor structuur, eigenschappen en verwerking, ' zegt Epp.

Als voorbeeld noemt hij batterijtechnologieën.

Batterij membranen, en de bijbehorende elektrolyten, gebruikt om ionentransport mogelijk te maken voor energieopslag en -opwekkingstoepassingen kunnen hoge prestaties bieden op het gebied van snel opladen, lange levensduur en minimale zelfontlading. Echter, deze voordelen gaan vaak gepaard met veiligheid, bijvoorbeeld explosie en brand - en milieuproblemen.

"We willen deze membranen zo ontwerpen dat we hetzelfde kunnen bereiken, of beter, prestaties als de huidige technologieën, terwijl ook de kans op explosies en andere catastrofale storingen wordt verminderd, " zegt Epps. "Tegelijkertijd we willen de mogelijkheid ontwikkelen om deze materialen bij lagere temperaturen en met verminderde hoeveelheden schadelijke oplosmiddelen te verwerken. Met andere woorden, we willen defecten verminderen en bedreigingen voor het milieu verminderen door controle over de fabricage."

Een benadering van de Epps-groep is het gebruik van structuren op nanoschaal om zowel de prestaties als de verwerking van apparaten te verbeteren. Om dit te doen, ze hebben high-throughput en combinatorische computationele methoden ontwikkeld waarmee nanoschaalstructuren kunnen worden gevisualiseerd met relatief goedkope optische technieken.

"In principe, deze aanpak stelt ons in staat om het aantal monsters dat moet worden gemeten te minimaliseren met dure technieken zoals atoomkrachtmicroscopie en transmissie-elektronenmicroscopie, ' zegt Epp.

De groep heeft ook universele ontwerpregels ontwikkeld, dat wil zeggen:die van toepassing zijn op een aantal verschillende soorten oppervlakken en polymeren - om de sleutelfactoren te begrijpen die oppervlaktekenmerken koppelen aan de vorming van nanostructuren.

"Deze regels stellen ons in staat om te voorspellen welke polymeren goed zullen werken met welke oppervlakken, dus, bijvoorbeeld, we kunnen zelfreinigende coatings maken die bestand zijn tegen vingerafdrukken op touchscreens, ' zegt Epp.

Epps leidt ook een poging om patronen op nanoschaal te maken met blokpolymeren als een goedkoop alternatief voor lithografische benaderingen die momenteel worden gebruikt om elektronische apparaten te maken.

"Met al dit werk, Ik denk dat de dingen die ons onderscheiden, de universele benaderingen zijn, het opnemen van gezamenlijke experimenten en theorie-inspanningen, en onze unieke focus op gecombineerde chemie, natuurkunde, en verwerkingskennis om materiaalontwerp te versnellen, " hij zegt.