Credito:Joeri Opdam
La materia soffice è un'importante classe di materiali che consiste tipicamente di particelle colloidali e/o polimeri in un mezzo liquido. Per alcune composizioni, questi tipi di sistemi tendono a separare in fase (micro-) e non mescolarsi in fasi coesistenti che differiscono per composizione, struttura e proprietà. Il ricercatore di dottorato Joeri Opdam ha sviluppato metodi teorici per prevedere con precisione il comportamento di fase dei sistemi di materia soffice costituiti da miscele colloidali e copolimeri a blocchi, che è fondamentale per le loro applicazioni in prodotti come rivestimenti, prodotti farmaceutici e alimenti.
Le particelle colloidali e i polimeri sono elementi costitutivi importanti per la fabbricazione di nuovi materiali. Inoltre, sono onnipresenti nella cosiddetta "materia morbida" che si riferisce a prodotti industriali come vernici, maionese e dentifricio ma anche sistemi naturali come argilla, sangue e cellule viventi. Tali sistemi mostrano un comportamento di fase simile ad atomi e molecole dove, a seconda della concentrazione di componenti colloidali e/o polimerici, si assumono fasi diverse come un fluido o un cristallo (liquido). In una dispersione colloidale che contiene particelle di diverse dimensioni e/o forme o in soluzioni di copolimeri a blocchi, le interazioni tra i diversi componenti possono indurre la separazione di fase. Quindi il sistema non è più omogeneo ma si demisce in fasi coesistenti con diverse composizioni. Per molte applicazioni si desidera prevenire la separazione di fase, ma in alcuni casi può essere un effetto desiderato separare i componenti utilizzando transizioni di fase o indurre stratificazione.
Nel suo dottorato di ricerca ricerca, Opdam ha migliorato i concetti teorici originariamente sviluppati per studiare il comportamento di fase delle miscele colloidali/polimerici, ma che ora possono essere applicati alle miscele colloidali. Con questo modello teorico ha mappato le regioni di stabilità di diversi tipi di fasi (coesistenti) per miscele colloidali per un'ampia gamma di rapporti dimensionali, parametri di forma e concentrazioni. Le previsioni del modello sono in stretto accordo con gli esperimenti e le simulazioni al computer eseguiti dai collaboratori. Inoltre, la teoria ha rivelato una varietà di fenomeni interessanti come la possibilità di separare in cinque diverse fasi coesistenti in una semplice dispersione contenente solo due tipi di particelle dure.
Modello a reticolo
I copolimeri a blocchi possono ordinarsi spontaneamente in fasi macroscopiche con domini periodici su scala nanometrica. Utilizzando un modello reticolare basato sulla teoria dei campi autoconsistenti, Opdam ha mostrato come i solventi possono essere utilizzati per manipolare le dimensioni e la forma di questi domini che possono essere utilizzati per fabbricare materiali copolimerici a blocchi con specifiche proprietà ottiche o elettroniche. Inoltre, ha mostrato come l'affinità superficiale dei modificatori di superficie del copolimero a blocchi nelle formulazioni di rivestimento rilevanti per l'industria automobilistica sia influenzata dall'essiccazione. I risultati hanno supportato i risultati sperimentali, che hanno rivelato che la distribuzione dei copolimeri a blocchi sulla massa e sulla superficie può deviare in modo significativo tra la formulazione del rivestimento a umido e il rivestimento indurito.
I modelli teorici offrono un metodo rapido per stimare come determinati parametri influenzano le transizioni di fase e possono quindi essere utilizzati per guidare il lavoro sperimentale e computazionale. Questa ricerca è quindi un passo importante verso la comprensione e l'uso efficiente di miscele colloidali e copolimeri a blocchi che aiutano la progettazione di sistemi di materia soffice con le proprietà desiderate. + Esplora ulteriormente
