I materiali ad alte prestazioni stanno consentendo importanti progressi in un'ampia gamma di applicazioni, dalla generazione di energia e l'archiviazione di informazioni digitali allo screening delle malattie e ai dispositivi medici.

polimeri a blocchi, che sono due o più catene polimeriche con proprietà diverse collegate tra loro, mostrano grandi promesse per molte di queste applicazioni, e un gruppo di ricerca presso l'Università del Delaware ha fatto passi da gigante nel loro sviluppo negli ultimi anni.

"Stiamo usando la sintesi, metodi di elaborazione e caratterizzazione robusti e ampiamente applicabili, con un occhio al ridimensionamento di questi metodi per facilitare la futura adozione industriale di polimeri a blocchi, "dice Thomas H. Epps, III, chi guida il gruppo.

Epps, chi è il professore Thomas e Kipp Gutshall di ingegneria chimica e biomolecolare e professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'UD, e due dei suoi studenti laureati, Melody Morris e Thomas Gartner, ha recentemente pubblicato un articolo che mette in evidenza questo lavoro in Chimica e fisica macromolecolare . Il pezzo era una sottomissione "Talento", un tipo di articolo unico dedicato ai giovani scienziati.

L'articolo mette in evidenza il lavoro del gruppo Epps volto alla messa a punto e caratterizzazione di polimeri a blocchi in geometrie bulk e a film sottile. Il gruppo ha sfruttato le competenze nella chimica dei polimeri, fisica dei polimeri, ingegneria chimica e scienza dei materiali per manipolare il comportamento di fase, transizioni termiche e proprietà meccaniche e di trasporto dei polimeri a blocchi per ottimizzare la progettazione dei materiali.

"Il nostro obiettivo era mostrare come un approccio veramente multidisciplinare possa aiutare a risolvere i problemi nello sviluppo di materiali di prossima generazione, uno sviluppo che richiede una considerazione simultanea della struttura, proprietà e lavorazione, "dice Epp.

Indica come esempio le tecnologie delle batterie.

Membrane per batterie, e gli elettroliti associati, utilizzato per consentire il trasporto di ioni per applicazioni di accumulo e generazione di energia può offrire elevate prestazioni in termini di ricarica rapida, lunga durata e autoscarica minima. Però, questi vantaggi sono spesso accompagnati dalla sicurezza, ad esempio esplosioni e incendi e preoccupazioni ambientali.

"Vogliamo progettare queste membrane in modo da poter ottenere lo stesso, o meglio, prestazioni come le attuali tecnologie riducendo anche il potenziale di esplosioni e altri guasti catastrofici, " dice Epps. "Allo stesso tempo, vorremmo sviluppare la capacità di elaborare questi materiali a temperature più basse e con quantità ridotte di solventi nocivi. In altre parole, vogliamo ridurre i difetti e mitigare le minacce per l'ambiente attraverso il controllo della fabbricazione".

Un approccio adottato dal gruppo Epps è l'uso di strutture su scala nanometrica per migliorare sia le prestazioni che l'elaborazione dei dispositivi. Per fare questo, hanno sviluppato metodi computazionali combinatori e ad alto rendimento che consentono di visualizzare strutture su nanoscala con tecniche ottiche relativamente a basso costo.

"Fondamentalmente, questo approccio ci consente di ridurre al minimo il numero di campioni che devono essere misurati con tecniche costose come la microscopia a forza atomica e la microscopia elettronica a trasmissione, "dice Epp.

Il gruppo ha anche sviluppato regole di progettazione universali, ovvero quelli applicabili a diversi tipi di superfici e polimeri, per comprendere i fattori chiave che collegano le caratteristiche della superficie alla formazione di nanostrutture.

"Queste regole ci consentono di prevedere quali polimeri funzioneranno bene con quali superfici, così, Per esempio, possiamo creare rivestimenti autopulenti in grado di resistere alle macchie di impronte digitali sui touchscreen, "dice Epp.

Epps sta anche conducendo uno sforzo per realizzare modelli su scala nanometrica con polimeri a blocchi come alternativa a basso costo agli approcci litografici attualmente utilizzati per realizzare dispositivi elettronici.

"Con tutto questo lavoro, Penso che le cose che ci distinguono siano gli approcci universali, l'inclusione di esperimenti congiunti e sforzi teorici, e la nostra attenzione unica sulla chimica combinata, fisica, e la conoscenza della lavorazione per accelerare la progettazione dei materiali, " lui dice.