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.
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| 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
