Experimenten met de modernste verstrooiingsinstrumenten onthullen de afwezigheid van specifieke patronen in de röntgenstralen die worden verstrooid door nanocomposietmaterialen. Met behulp van geavanceerde simulatietechnieken suggereert een nieuwe studie dat aantrekkelijke interacties tussen nanodeeltjes met verschillende vormen en afmetingen hoogstwaarschijnlijk verantwoordelijk zijn voor dit gedrag.

Verstrooiing onder kleine hoeken van röntgenstralen en neutronen is een nuttig hulpmiddel voor het bestuderen van moleculaire structuren en nanodeeltjesstructuren. Tot nu toe hebben experimenten echter een verrassend gebrek aan nanodeeltjesstructuur aan het licht gebracht in bepaalde nanocomposietmaterialen, waarvan de moleculaire skeletten zijn versterkt met nanodeeltjes die eerder zijn behandeld met polymeeradsorptie.

In een nieuwe aanpak beschreven in EPJ E , Anne-Caroline Genix en Julian Oberdisse van de Universiteit van Montpellier, Frankrijk, laten zien dat deze patronen alleen kunnen worden geproduceerd door aantrekkelijke interacties tussen nanodeeltjes met een breed scala aan vormen en afmetingen.

De resultaten van het duo benadrukken de snel verbeterende mogelijkheden van kleine verstrooiingsinstrumenten, en kunnen onderzoekers ook helpen hun technieken voor het bestuderen van nanocomposieten te verbeteren – met toepassingen op gebieden als geminiaturiseerde elektronica, biologische weefselmanipulatie en sterke, lichtgewicht materialen voor vliegtuigen. P>

Wanneer bundels röntgenstraling of neutronen interageren met atomen in materiaalmonsters, zorgt de resulterende overdracht van momentum ervoor dat ze zich verspreiden in karakteristieke patronen, die variëren afhankelijk van de moleculaire structuur van het monster. De afgelopen jaren zijn de instrumenten voor het meten van deze verstrooiing snel verbeterd, waardoor snellere gegevensverzameling mogelijk is, evenals nauwkeurigere en uitgebreidere metingen van de veranderingen in de snelheid en richting van deeltjes.

In hun recente onderzoek hebben Genix en Oberdisse de techniek gebruikt om de structuren van geconcentreerde, op polymeer gebaseerde nanocomposieten te bestuderen. Het is bekend dat bij hoge nanodeeltjesconcentraties de interacties tussen de deeltjes het verstrooiingspatroon wijzigen.

Maar verrassend genoeg ontdekte het duo tijdens hun experimenten dat dit niet leek te gebeuren:in plaats daarvan leken de röntgenverstrooiingspatronen die ze observeerden individuele nanodeeltjes aan te duiden. Om dit resultaat te verklaren voerden de onderzoekers numerieke simulaties uit om de posities van nanodeeltjes in de ruimte te relateren aan de verstrooiingspatronen die ze observeerden.

Ze ontdekten dat bij hoge concentraties nanodeeltjes aantrekkelijke interacties tussen nanodeeltjes met een breed scala aan vormen en afmetingen een vrijwel 'structuurloze' toestand in het nanocomposiet veroorzaken, wat het gebrek aan specifieke kenmerken in hun waarnemingen verklaart. Deze ontdekking biedt belangrijke inzichten in de moleculaire eigenschappen van nanocomposieten en hoe ze kunnen worden ontwikkeld om hun unieke eigenschappen te optimaliseren.

Meer informatie: Anne-Caroline Genix et al, Over de afwezigheid van structuurfactoren in geconcentreerde colloïdale suspensies en nanocomposieten, The European Physical Journal E (2023). DOI:10.1140/epje/s10189-023-00306-6

Journaalinformatie: Europees fysiek tijdschrift E

Aangeboden door Springer