Comprender las nanopartículas de polímeros.

Los materiales fabricados con nanopartículas de polímeros, por sus aplicaciones desde la fotónica hasta la industria farmacéutica, son prometedores para los productos del futuro. Sin embargo, todavía existen lagunas en la comprensión de las propiedades de estas diminutas partículas de plástico. Las características de las nanopartículas de polímero difieren con relación a las partículas más grandes del mismo material. Su nanoestructura y tamaño pequeño proporcionan diferentes propiedades mecánicas. Resulta realmente importante comprender su relación con el comportamiento térmico. Investigadores de la Universidad de Delaware, del Instituto Max Planck,  de la Universidad de Princeton y de la Universidad de Trento, trabaron en forma conjunta para esclarecerlo. 

Crédito: Universidad de Delaware

Los hallazgos del equipo, incluyendo propiedades como la movilidad en la superficie, la temperatura de transición vítrea y el módulo elástico, se publicaron bajo el título “Direct observation of polymer surface mobility via nanoparticle vibrations” (revista Nature Communications). Los autores utilizaron la espectroscopía Brillouin (emplea la interacción entre la luz y las vibraciones moleculares en el material con el fin de determinar sus propiedades elásticas y ópticas) para analizar la vibración de las nanopartículas y comprender cómo cambian sus propiedades mecánicas a diferentes temperaturas. Las nanopartículas de polímero (ejemplo: poliestireno) cuando atraviesan la temperatura de transición vítrea cambian de una textura rígida a una “suave” o flexible. La temperatura de transición disminuye con el tamaño de las partículas.  Por ejemplo: un vaso de plástico desechable hecho con poliestireno puede contener agua hirviendo si no tiene nanopartículas en su estructura. El equipo de investigación descubrió que las pequeñas partículas de poliestireno comienzan a experimentar una transición térmica a 70⁰C, conocida como temperatura de ablandamiento, bastante por debajo de una temperatura de transición vítrea del polistireno de 99⁰C.  Cuando se calientan hasta este punto, las nanopartículas no vibran, permanecen completamente quietas. Al elevar la temperatura, entre su temperatura de reblandecimiento y la temperatura de transición vítrea, las nanopartículas interactúan entre sí cada vez más al aumentar su vibración.  El equipo pudo demostrar experimentalmente que la transición vítrea disminuye cuando disminuye el tamaño de las partículas debido a la diferencia en la movilidad superficial producto de una menor vibración ellas. El estudio de estas interacciones también permitió  avanzar sobre la comprensión de las variaciones en el módulo elástico y la rigidez. El novedoso equipamiento instrumental y las nuevas técnicas nos permite comprender mejor el comportamiento de la materia en la nanoescala para obtener materiales seguros, controlables  y con mejores propiedades.  

Lectura complementaria:

Direct observation of polymer surface mobility via nanoparticle vibrations” en Nature Communications