Les matériaux hautes performances permettent des avancées majeures dans un large éventail d'applications, de la production d'énergie et du stockage d'informations numériques au dépistage des maladies et aux dispositifs médicaux.

polymères séquencés, qui sont deux ou plusieurs chaînes polymères avec des propriétés différentes liées entre elles, sont très prometteurs pour nombre de ces applications, et un groupe de recherche de l'Université du Delaware a fait des progrès significatifs dans leur développement au cours des dernières années.

"Nous utilisons la synthèse, des méthodes de traitement et de caractérisation robustes et largement applicables, dans l'optique de faire évoluer ces méthodes pour faciliter l'adoption industrielle future des polymères séquencés, " dit Thomas H. Epps, III, qui dirige le groupe.

Epps, qui est le professeur Thomas et Kipp Gutshall de génie chimique et biomoléculaire et professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'UD, et deux de ses étudiants diplômés, Melody Morris et Thomas Gartner, a récemment publié un article mettant en lumière ce travail dans Chimie et physique macromoléculaires . La pièce était une soumission "Talent", un type d'article unique dédié aux jeunes scientifiques.

L'article met en lumière les travaux du groupe Epps visant à ajuster et caractériser les polymères séquencés dans des géométries en vrac et en couches minces. Le groupe s'appuie sur une expertise en chimie des polymères, physique des polymères, génie chimique et science des matériaux pour manipuler le comportement des phases, transitions thermiques et propriétés mécaniques et de transport des polymères séquencés pour optimiser la conception des matériaux.

« Notre objectif était de montrer comment une approche véritablement multidisciplinaire peut aider à résoudre les problèmes de développement de matériaux de nouvelle génération, un développement qui nécessite la prise en compte simultanée de la structure, propriétés et traitement, " dit Epps.

Il cite en exemple les technologies de batterie.

Membranes de batterie, et les électrolytes associés, utilisé pour permettre le transport d'ions pour les applications de stockage et de production d'énergie peut offrir des performances élevées en termes de charge rapide, longue durée de vie et autodécharge minimale. Cependant, ces avantages s'accompagnent souvent de sécurité - par exemple, explosion et incendie—et préoccupations environnementales.

« Nous voulons concevoir ces membranes de manière à obtenir la même chose, ou mieux, performances que les technologies actuelles tout en réduisant le potentiel d'explosions et d'autres défaillances catastrophiques, " dit Epps. " En même temps, nous aimerions développer la capacité de traiter ces matériaux à des températures plus basses et avec des quantités réduites de solvants nocifs. En d'autres termes, nous voulons réduire les défauts et atténuer les menaces pour l'environnement grâce au contrôle de la fabrication."

L'une des approches adoptées par le groupe Epps consiste à utiliser des structures à l'échelle nanométrique pour améliorer à la fois les performances et le traitement des appareils. Pour faire ça, ils ont développé des méthodes de calcul à haut débit et combinatoires qui permettent de visualiser des structures à l'échelle nanométrique avec des techniques optiques relativement peu coûteuses.

"Essentiellement, cette approche nous permet de minimiser le nombre d'échantillons à mesurer avec des techniques coûteuses telles que la microscopie à force atomique et la microscopie électronique à transmission, " dit Epps.

Le groupe a également développé des règles de conception universelles, c'est-à-dire ceux qui sont applicables à un certain nombre de différents types de surfaces et de polymères, pour comprendre les facteurs clés qui lient les caractéristiques de surface à la formation de nanostructures.

« Ces règles nous permettent de prédire quels polymères fonctionneront bien avec quelles surfaces, donc, par exemple, nous pouvons créer des revêtements autonettoyants qui peuvent résister aux taches d'empreintes digitales sur les écrans tactiles, " dit Epps.

Epps mène également un effort pour créer des motifs à l'échelle nanométrique avec des polymères séquencés en tant qu'alternative peu coûteuse aux approches lithographiques actuellement utilisées pour fabriquer des dispositifs électroniques.

"Avec tout ce travail, Je pense que ce qui nous distingue, ce sont les approches universelles, l'inclusion d'efforts conjoints d'expérimentation et de théorie, et notre concentration unique sur la chimie combinée, la physique, et le traitement des connaissances pour accélérer la conception des matériaux, " il dit.