Marie Rousseau
Les chercheurs ont développé et démontré une approach efficace et évolutive qui leur permet de fabriquer des matériaux polymères souples dans une douzaine de constructions différentes, ou « morphologies », allant des rubans et des feuilles à l’échelle nanométrique aux tiges et aux particules ramifiées. La procedure permet aux utilisateurs d’affiner la morphologie des matériaux à l’échelle micro et nano.
“Cette avancée est importante car or truck la procedure peut être utilisée avec une grande variété de polymères et de biopolymères. La morphologie de ces micro- et nanostructures polymères étant critique pour leurs purposes, elle nous permet d’obtenir de nouvelles fonctionnalités polymères en contrôlant simplement la framework au lieu de chimie des polymères », déclare Orlin Velev, auteur correspondant de l’article et professeur émérite S. Frank et Doris Culberson de génie chimique et biomoléculaire à la North Carolina State University. “Par exemple, les nanofeuilles peuvent être utilisées pour concevoir de meilleures batteries, tandis que les dendricolloïdes – des réseaux de ramification de fibres polymères qui ont une area exceptionnellement élevée – peuvent être utilisés dans les technologies d’assainissement de l’environnement ou dans la création de nouveaux métamatériaux légers.”
Fondamentalement, toutes les différentes morphologies sont produites à l’aide d’un procédé bien connu appelé précipitation de polymère. Dans ce processus, un polymère est dissous dans un solvant, produisant une resolution de polymère. Cette resolution de polymère est ensuite introduite dans un next liquide, ce qui fait que le polymère se reforme sous forme de matière molle.
Ce qui est nouveau ici, c’est que les chercheurs ont découvert remark contrôler avec précision la framework de la matière molle polymère résultante en manipulant trois ensembles de paramètres au cours du processus de fabrication.
Le premier ensemble de paramètres est le taux de cisaillement, qui fait référence à la rapidité avec laquelle les liquides sont agités lorsque les deux liquides sont mélangés. Le deuxième ensemble de paramètres est la concentration du polymère dans la option de polymère. Le dernier ensemble de paramètres est la composition du solvant dans lequel le polymère a été initialement dissous, ainsi que la composition du liquide auquel la option de polymère est ajoutée.
“Nous avons identifié les paramètres critiques qui affectent la morphologie finale des matériaux polymères, ce qui nous donne à son tour beaucoup de contrôle et de polyvalence”, déclare Rachel Bang, première auteure de l’article et récemment titulaire d’un doctorat. diplômé de NC Point out. “Parce que nous comprenons maintenant le rôle de chacun de ces facteurs et remark ils s’influencent mutuellement, nous pouvons affiner de manière reproductible la morphologie des particules polymères.”
“Même si nous avons démontré remark produire une douzaine de morphologies différentes, nous en sommes encore aux premiers stades de l’exploration de tous les résultats et applications possibles”, déclare Velev.
Les chercheurs ont déjà démontré que les dendricolloïdes peuvent être utilisés pour fabriquer des membranes pour la croissance de cellules vivantes, ou pour créer des revêtements hydrophobes ou hydrophiles. Les chercheurs ont également travaillé avec des collaborateurs pour démontrer que les nanofeuilles ont un potentiel d’utilisation comme séparateurs moreover efficaces dans les batteries lithium-ion.
“La system peut également être utilisée avec une variété de biopolymères naturels, tels que les protéines végétales, et elle pourrait être utilisée pour soutenir une variété d’applications, telles que le développement d’analogues de viande à foundation de plantes, qui nécessite un contrôle précis des morphologies des particules de protéines. à plusieurs échelles de longueur », ajoute le co-auteur, le professeur Simeon Stoyanov de l’Institut de technologie de Singapour et de l’Université de Wageningen aux Pays-Bas. “De additionally, comme notre approach est basée sur le mélange de liquides à l’aide de mélangeurs conventionnels, elle peut être facilement mise à l’échelle pour une fabrication pratique.”
“Nous travaillons actuellement avec des chercheurs en sciences alimentaires pour déterminer comment les microtiges protéiques pourraient être utilisées pour contrôler la texture de certains produits alimentaires”, a déclaré Velev. “Et nous travaillons également avec des collaborateurs pour explorer comment notre procedure peut être utilisée pour produire des matériaux à foundation de biopolymères à utiliser dans l’électronique douce biodégradable.
“Nous sommes ouverts à travailler avec des collaborateurs supplémentaires pour explorer les apps potentielles des polymères et des biopolymères dans toutes ces morphologies.”
NC Condition a délivré ou est en attente de brevets sur la fabrication par cisaillement de microtiges, nanofibres, dendricolloïdes et leur software dans les resources d’énergie électrochimiques.
Ce travail a été accompli avec le soutien du programme de nanofabrication de la Countrywide Science Foundation, dans le cadre de la subvention CMMI-1825476. Le travail a reçu un soutien supplémentaire de la NSF dans le cadre des subventions EFMA-2029327 et CMMI-2134664.
