Ny teori lover at omforme, hvordan vi tænker om polymeroverbygninger

En ny teoretisk ramme udviklet af forskere ved University of Pennsylvania lover at omforme, hvordan forskere tænker på polymer-overbygninger, som er materialer med komplekse arkitekturer, der giver dem unikke egenskaber. Holdets resultater, offentliggjort i tidsskriftet Science Advances, giver en måde at forstå og forudsige disse materialers adfærd, hvilket kan føre til udviklingen af ​​nye materialer med skræddersyede egenskaber til en række forskellige anvendelser.

Polymersuperstrukturer er selvsamlede strukturer dannet af den spontane organisering af polymerkæder. Disse strukturer kan have en bred vifte af former og størrelser, herunder kugler, stænger og lameller. Polymersuperstrukturernes egenskaber afhænger af deres arkitektur, som bestemmes af vekselvirkningerne mellem polymerkæderne.

Den nye teoretiske ramme udviklet af Penn-forskerne giver en måde at forstå og forudsige adfærden af ​​polymersuperstrukturer ved at overveje systemets frie energi. Fri energi er et mål for den termodynamiske stabilitet af et system, og den kan bruges til at bestemme de forhold, hvorunder en bestemt overbygning vil dannes.

Forskerne brugte deres teoretiske rammer til at studere selvsamlingen af ​​blokcopolymerer, som er polymerer, der består af to eller flere forskellige typer monomerenheder. Blokcopolymerer kan danne en række overbygninger, afhængigt af sammensætningen af ​​blokcopolymeren og betingelserne, hvorunder den er samlet.

Forskerne fandt ud af, at deres teoretiske ramme nøjagtigt forudsagde blokcopolymerers opførsel, og det gav også ny indsigt i mekanismerne ved selvsamling. Denne information kan bruges til at designe nye blokcopolymerer med skræddersyede egenskaber til en række forskellige anvendelser, såsom lægemiddellevering, vævsteknologi og energilagring.

"Vores arbejde giver en ny måde at tænke over polymersuperstrukturer på," sagde Jian Qin, en postdoc-forsker ved Institut for Materialevidenskab og Teknik ved Penn og den første forfatter til undersøgelsen. "Vi tror på, at denne teoretiske ramme vil være et værdifuldt værktøj til at forstå og designe disse materialer til en bred vifte af applikationer."

Undersøgelsen blev støttet af National Science Foundation og Army Research Office.