Esperimenti con strumenti di diffusione all'avanguardia rivelano l'assenza di modelli specifici nei raggi X diffusi dai materiali nanocompositi. Con l'aiuto di tecniche di simulazione avanzate, un nuovo studio suggerisce che le interazioni attraenti tra nanoparticelle con forme e dimensioni diverse sono molto probabilmente responsabili di questo comportamento.
La diffusione a piccolo angolo di raggi X e neutroni è uno strumento utile per studiare le strutture molecolari e delle nanoparticelle. Finora, tuttavia, gli esperimenti hanno rivelato una sorprendente mancanza di struttura delle nanoparticelle in alcuni materiali nanocompositi, i cui scheletri molecolari sono rinforzati con nanoparticelle precedentemente trattate con adsorbimento polimerico.
In un nuovo approccio dettagliato in EPJ E , Anne-Caroline Genix e Julian Oberdisse dell'Università di Montpellier, in Francia, mostrano che questi modelli possono essere prodotti solo attraverso interazioni attraenti tra nanoparticelle con una vasta gamma di forme e dimensioni.
I risultati del duo evidenziano le capacità in rapido miglioramento degli strumenti di diffusione a piccolo angolo e potrebbero anche aiutare i ricercatori a migliorare le loro tecniche per studiare i nanocompositi, con applicazioni in settori quali l'elettronica miniaturizzata, l'ingegneria dei tessuti biologici e materiali resistenti e leggeri per gli aerei.
Quando fasci di raggi X o neutroni interagiscono con gli atomi nei campioni di materiale, il conseguente trasferimento di quantità di moto li fa disperdere secondo schemi caratteristici, che variano a seconda della struttura molecolare del campione. Negli ultimi anni, gli strumenti per misurare questa dispersione sono migliorati rapidamente, offrendo un'acquisizione dei dati più rapida, nonché misurazioni più accurate ed estese dei cambiamenti nella velocità e nella direzione delle particelle.
Nella loro recente ricerca, Genix e Oberdisse hanno utilizzato la tecnica per studiare le strutture di nanocompositi concentrati a base di polimeri. È noto che ad alte concentrazioni di nanoparticelle, le interazioni tra le particelle modificano il modello di diffusione.
Eppure, sorprendentemente, nei loro esperimenti, i due hanno scoperto che ciò non sembrava accadere:invece, i modelli di diffusione dei raggi X osservati sembravano indicare singole nanoparticelle. Per spiegare questo risultato, i ricercatori hanno eseguito simulazioni numeriche per mettere in relazione le posizioni delle nanoparticelle nello spazio con i modelli di diffusione osservati.
Hanno scoperto che per elevate concentrazioni di nanoparticelle, le interazioni attraenti tra nanoparticelle con una vasta gamma di forme e dimensioni producono uno stato quasi "privo di struttura" nel nanocomposito, il che spiega la mancanza di caratteristiche specifiche nelle loro osservazioni. Questa scoperta offre importanti spunti sulle proprietà molecolari dei nanocompositi e su come potrebbero essere progettati per ottimizzare le loro proprietà uniche.
Ulteriori informazioni: Anne-Caroline Genix et al, Sull'assenza di fattori di struttura nelle sospensioni colloidali concentrate e nei nanocompositi, The European Physical Journal E (2023). DOI:10.1140/epje/s10189-023-00306-6
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