Onderzoekers uit Julich, Duitsland, hebben, samen met collega's uit Oostenrijk, Italië, Colombia en de VS, ontwikkelde een modelsysteem voor zogenaamde zachte colloïden. Het model geeft ons een beter begrip van correlaties tussen de atomaire structuur van colloïden en hun waarneembare materiaaleigenschappen. Deze bevindingen kunnen leiden tot nieuwe benaderingen voor de gerichte ontwikkeling van innovatieve colloïde materialen. De resultaten zijn zojuist gepubliceerd in het tijdschrift nanoschaal .

Colloïden zijn fijn verspreide deeltjes of druppeltjes ter grootte van een nano- of micrometer. Zachte colloïden zijn gemaakt van flexibele materialen, bijvoorbeeld, polymeren, zoals eiwitten en synthetische moleculen. In de natuur, zachte colloïden worden gevonden in cellen, bijvoorbeeld. In industrie, ze worden onder andere gebruikt in de voedselverwerking, cosmetica en emulsieverven of in de olieproductie om de nodige vloei-eigenschappen te bereiken. Bij de vervaardiging van verf, bijvoorbeeld, ze zorgen ervoor dat producten gemakkelijk aan te brengen zijn en toch niet van het oppervlak aflopen.

Het modelsysteem ontwikkeld door onderzoekers van het Jülich Center for Neutron Science bestaat uit water en blokcopolymeren - draadachtige moleculen met zowel een hydrofiele als een hydrofobe component. In water, de polymeerdraden rangschikken zich in een stervorm, met de hydrofiele uiteinden naar buiten gericht, en de hydrofobe naar binnen gericht. Als de hydrofiele component groot is, slechts een paar moleculen bundelen zich losjes in elkaar en hun fysieke gedrag lijkt op dat van draden. Hoe groter de hydrofobe component, hoe meer polymeren samenklonteren en dichter worden, harde bollen worden gevormd.

Tot nu, er zijn altijd aparte fysieke modellen geweest voor draden en bollen, die in elk geval zou voorspellen of de resulterende oplossing vloeibaar of glasachtig zou zijn. Geholpen door hun wetenschappelijk onderzoek en, onder andere, door experimenten met neutronenverstrooiing, de onderzoekers zijn er nu in geslaagd om beide modellen te combineren en hebben een uitgebreid fasediagram ontwikkeld dat de materiaaleigenschappen beschrijft, afhankelijk van de structuur en concentratie van het colloïde - het produceren van een receptenboek voor colloïden, bij wijze van spreken. In werkelijkheid, ze vonden een verbindende parameter die in wezen bepaalt of de colloïde-modeloplossing vloeibaar of glasachtig zal zijn:de zogenaamde interactielengte. Dit komt ongeveer overeen met de straal waarin de colloïden met elkaar kunnen interageren, en hangt onder meer af van uit hoeveel moleculen een colloïde bestaat en van de concentratiesterkte van de colloïden.

Een speciaal kenmerk van de colloïden van het model maakte deze bevindingen mogelijk:hun zachtheid kan zeer fijn worden afgestemd over een groot gebied door de lengteverhouding tussen de hydrofiele en hydrofobe componenten van de molecuuldraden te veranderen. Het feit dat de basisingrediënten altijd hetzelfde blijven, maakt het eenvoudiger om fundamentele correlaties te onderscheiden.