Ny undersøgelse viser sammenhæng mellem mikroskopiske strukturer og makroskopiske egenskaber

Forskere fra Julich, Tyskland, har, sammen med kolleger fra Østrig, Italien, Colombia og USA, udviklet et modelsystem for såkaldte bløde kolloider. Modellen giver os en bedre forståelse af sammenhænge mellem kolloidernes atomare struktur og deres mærkbare materialeegenskaber. Disse resultater kan føre til nye tilgange til målrettet udvikling af innovative kolloide materialer. Resultaterne er netop blevet offentliggjort i tidsskriftet Nanoskala .

Kolloider er fint dispergerede partikler eller dråber i nano- eller mikrometerstørrelse. Bløde kolloider er lavet af fleksible materialer, for eksempel, polymerer, såsom proteiner og syntetiske molekyler. I naturen, bløde kolloider findes i celler, for eksempel. I industrien, de bruges blandt andet i fødevareforarbejdning, kosmetik og emulsionsmaling eller i olieproduktion for at opnå de nødvendige flydeegenskaber. Ved fremstilling af maling, for eksempel, de sikrer, at produkterne er nemme at påføre, men ikke løber af overflader.

Modelsystemet udviklet af forskere fra Jülich Center for Neutron Science består af vand- og blokcopolymerer - trådlignende molekyler med både en hydrofil og en hydrofob komponent. I vand, polymertrådene arrangerer sig selv i en stjerneform, med de hydrofile ender pegende udad, og det hydrofobe pegende indad. Hvis den hydrofile komponent er stor, kun nogle få molekyler vil bundte sig løst sammen, og deres fysiske adfærd ligner trådes. Jo større den hydrofobe komponent er, jo flere polymerer vil klumpe sig sammen og tætte, der dannes hårde kugler.

Indtil nu, der har altid været separate fysiske modeller for tråde og kugler, som i hvert tilfælde ville forudsige, om den resulterende opløsning ville være flydende eller glasagtig. Hjulpet af deres videnskabelige undersøgelser og, blandt andet, ved neutronspredningsforsøg, forskerne er nu lykkedes med at kombinere begge modeller og har udviklet et omfattende fasediagram, som beskriver materialeegenskaberne afhængigt af kolloidets struktur og koncentration - og har lavet en opskriftsbog for kolloider, så at sige. Træde i kræft, de fandt en forbindelsesparameter, som i det væsentlige bestemmer, om modellens kolloidopløsning vil være flydende eller glasagtig:den såkaldte interaktionslængde. Dette svarer omtrent til den radius, hvori kolloiderne kan interagere med hinanden, og afhænger blandt andet af, hvor mange molekyler et kolloid er sammensat af samt kolloidernes koncentrationsstyrke.

Et særligt træk ved modelkolloiderne gjorde disse fund mulige:deres blødhed kan indstilles meget fint over et stort område ved at ændre længdeforholdet mellem de hydrofile og hydrofobe komponenter i molekyletrådene. Det faktum, at de grundlæggende ingredienser altid forbliver de samme, gør det lettere at skelne grundlæggende sammenhænge.