Por favor, avalie esta postagem
Os engenheiros de Yale encontraram uma maneira de controlar a estrutura de polímeros automontados usando ímãs pequenos e baratos.
Engenheiros da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Yale descobriram uma técnica para modificar polímeros automontados que permite que sua estrutura seja controlada com precisão por meio de pequenos ímãs de baixo custo. O resultado significa que eles podem substituir um ímã de alto campo de US$ 200 mil por um comprado por US$ 20 em uma loja especializada, mas ainda assim alcançar o mesmo nível de controle estrutural.
Controlar a orientação das nanoestruturas automontadas formadas por materiais conhecidos como copolímeros em bloco é fundamental para a realização de uma ampla gama de aplicações, como o desenvolvimento de uma nova geração de sistemas de filtração de alto desempenho que tornam a água limpa mais acessível. Os campos magnéticos são promissores neste aspecto, mas o alinhamento de campos de copolímeros em bloco tem sido até agora dispendioso e complexo, uma vez que exigia a utilização de campos muito grandes de cerca de 5 tesla. Isso não é tão intenso quanto os campos usados para direcionar os feixes de partículas no Grande Colisor de Hádrons, mas mais forte do que uma ressonância magnética típica.
Mas com uma nova técnica desenvolvida no laboratório de Chinedum Osuji, professor associado de engenharia química e ambiental, o mesmo controle estrutural pode agora ser alcançado com pequenos ímãs permanentes de US$ 20, em vez de eletroímãs supercondutores muito maiores e mais caros. Os resultados de sua pesquisa foram publicados esta semana no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Quando qualquer material ou substância passa por uma transição de ordenação, tende a produzir pequenos cristais – conhecidos como grãos – com orientações diferentes. Pense, por exemplo, na água congelando e virando gelo. O laboratório de Osuji ajudou a ser pioneiro no uso de campos magnéticos de alta intensidade para alinhar uniformemente esses grãos em copolímeros em bloco para adaptar as propriedades existentes ou para criar novas propriedades úteis para diversas aplicações. A resposta dos grãos é semelhante ao alinhamento da agulha de uma bússola num campo magnético.
Para um tipo particular de copolímeros em bloco conhecidos como copolímeros em bloco cristalinos líquidos (LC BCPs), no entanto, parece haver uma maneira muito mais fácil de conseguir o alinhamento. Pesquisadores do laboratório de Osuji descobriram que, ao adicionar pequenas moléculas de cristal líquido conhecidas como mesógenos ao sistema, eles poderiam aumentar significativamente o tamanho dos grãos que permitiam ao material responder, ou alinhar-se, a campos magnéticos de intensidade muito menor.
“A partir de experiências anteriores, sabíamos que esses materiais LC BCP ficavam mais macios quando adicionamos os mesógenos e, como consequência, eles respondem mais rapidamente aos campos magnéticos”, disse Manesh Gopinadhan, pesquisador associado do laboratório de Osuji e autor principal do artigo. . O que eles não sabiam era que a adição de mesógeno aumentaria os grãos e reduziria a necessidade de campos magnéticos de alta intensidade. A quantidade necessária do aditivo mesógeno é pequena o suficiente para não alterar a natureza do material.
“Então, se você quiser controlar a estrutura automontada para fazer uma membrana, em vez de usar um ímã de US$ 200 mil e todas as complexidades que isso implica, você pode usar um ímã de US$ 20”, disse Osuji.
Isso é um fator 10.000 vezes menor. A facilidade de conduzir estudos utilizando ímãs permanentes de baixo custo contribuirá muito para tornar esse tipo de pesquisa mais difundido.
“Tradicionalmente, fazer esse tipo de experimento exigia ímãs grandes e caros combinados com outras ferramentas analíticas”, disse Osuji. “Tais requisitos limitam o nível de atividade no campo, uma vez que apenas um pequeno número de pessoas tem acesso aos ímanes especializados de alto campo. Esperamos que outros pesquisadores adotem a abordagem que desenvolvemos assim que perceberem que podem usá-la com seus materiais para explorar novas propriedades ou aplicações.”
Referência: “Controlando a ordem de orientação em copolímeros em bloco usando campos magnéticos de baixa intensidade” por Manesh Gopinadhan, Youngwoo Choo, Kohsuke Kawabata, Gilad Kaufman, Xunda Feng, Xiaojun Di, Yekaterina Rokhlenko, Lalit H. Mahajan, Dennis Ndaya, Rajeswari M. Kasi e Chinedum O. Osuji, 23 de outubro de 2017, PNAS.
DOI: 10.1073/pnas.1712631114