Caricature du profil de densité et de la distribution des segments le long des chaînes polymères modèles en fonction de la position, où le violet représente l'isoprène et le bleu représente le styrène, illustrant la différence entre aléatoire, pente, bloquer, et des copolymères blocs effilés.
Comment fabriquer un matériau qui a l'élasticité d'un élastique et l'isolation thermique d'un gobelet en polystyrène ? Connectez deux chaînes polymères distinctes - poly(isoprène) et poly(styrène) - bout à bout comme une série de blocs de construction pour enfants. Le résultat est un "copolymère séquencé" nommé de manière appropriée qui possède les propriétés des deux matériaux et est couramment utilisé dans les pneus d'automobiles et les semelles de chaussures de sport.
Mais le trait le plus impressionnant d'un copolymère séquencé est sa capacité à s'auto-assembler. Imaginer, par exemple, déposer un mélange de poly(isoprène) et de poly(styrène) sur le sol. Les deux blocs incompatibles se « sépareront en phases », comme l'huile et l'eau. Cependant, connectez les extrémités des deux polymères ensemble et le matériau peut généralement s'assembler en un matériau bien défini avec une structure à l'échelle nanométrique.
L'assemblage naturel est extrêmement précieux pour les applications émergentes à l'échelle nanométrique, y compris les matériaux pour piles à combustible, batteries lithium-ion, et le photovoltaïque organique.
Les copolymères à blocs peuvent créer des nanostructures bien définies sans traitement traditionnel à l'échelle nanométrique, a déclaré Thomas Epps, chercheur à l'Université du Delaware. L'utilisation de copolymères séquencés peut aider à augmenter ou à remplacer les techniques lithographiques et autres, ce qui signifie que l'on peut fabriquer des matériaux à l'échelle nanométrique sans les outils coûteux.
Afin de profiter pleinement de l'architecture moléculaire d'un copolymère à blocs, les chercheurs cherchent des moyens de contrôler les interactions entre les blocs polymères par des moyens tels que des températures élevées et des solvants sélectifs.
"Quand je fais un copolymère d'une certaine composition et d'un certain poids moléculaire, Je me suis généralement enfermé dans une température de traitement basée sur ces facteurs chimiques, " a déclaré Epps. "Nous voulons trouver un moyen d'ajuster ces matériaux afin que, quels que soient les blocs combinés, nous pouvons contrôler les conditions de traitement."
Pour faire ça, Epps et ses collègues chercheurs de l'Université du Delaware, Nripen Singh et Maeva Tureau, explorent le réglage avec effilement, ce qui augmente la compatibilité du polymère en lissant l'interface chimique entre les deux blocs.
Données synchrotron-SAXS pour un copolymère dibloc effilé P(I-SI-S). Les échantillons ont été recuits à 210 oC puis refroidis à température ambiante pour l'acquisition des données. Les valeurs des modules intégraux sont caractéristiques des lamelles à deux domaines. L'encart montre une image de microscopie électronique à transmission d'un échantillon P(I-SI-S). L'échantillon est coloré par de la vapeur d'OsO4 pour améliorer le contraste.
Tapering conceptualisé :pensez à un bloc de perles violettes lié à un bloc de perles bleues. Un copolymère séquencé régulier aura une interface nette séparant les deux types de billes. Dans un copolymère bloc effilé, une région entre les deux blocs a été insérée de telle sorte que le nombre de billes violettes diminue lentement à mesure que le nombre de billes bleues augmente. Dans un copolymère séquencé effilé inverse, l'inverse se produit (voir figure).
La réduction de l'interface est pensée pour réduire la "pénalité" du mélange entre les deux blocs très différents. Le résultat est une température de traitement plus basse, ce qui est plus facile et moins cher à réaliser, et une plus grande compatibilité chimique.
Pour tester cette idée, les chercheurs ont synthétisé un certain nombre d'échantillons coniques de copolymère séquencé poly(isoprène-b-styrène) à l'Université du Delaware :des échantillons avec différentes longueurs de conicité (de 15 à 35 % de matériau conique) avec une conicité normale ou inverse.
Les échantillons ont ensuite été chauffés et refroidis pendant que les chercheurs observaient les changements dans le matériau avec la diffusion de rayons X aux petits angles au NSLS (ligne de faisceau X27C) et à la source avancée de photons d'Argonne, et la microscopie électronique à transmission et l'analyse mécanique dynamique à l'Université du Delaware.
leurs résultats, paru dans le 7 décembre édition 2009 de Matière molle , ont prouvé que les chercheurs peuvent ajuster la compatibilité des copolymères séquencés (via l'effilage) sans nuire à l'ordre ou aux propriétés mécaniques du matériau. La recherche a également révélé que l'effilement inverse donne la plus grande augmentation de la compatibilité.
"La conicité inverse force des interactions plus défavorables dans le copolymère tel que synthétisé, de sorte que la pénalité pour créer plus d'interactions par l'auto-assemblage ou le mélange est plus petite, " a déclaré Epps.
