Savoir construire des assemblages nanométriques de polymères (longues chaînes moléculaires) est la clé pour améliorer un large éventail de procédés industriels, de la production de nanofibres, filtres, et de nouveaux matériaux à la fabrication de basse énergie, circuits et dispositifs à l'échelle nanométrique. Un article récent en Communication Nature met en lumière les comportements clés des polymères dans des espaces confinés spécialement conçus, ouvrant la porte à un niveau de contrôle qui était auparavant impossible.
Des scientifiques japonais de l'Université de Kyoto et de l'Université de Nagoya ont réussi à fabriquer des canaux à l'échelle sub-nanométrique sur mesure, ou pores, qui peuvent être manipulés pour piéger les polymères et permettre aux chercheurs d'observer comment ces chaînes réagissent aux changements de température. Auparavant, ce niveau d'observation n'était pas possible, et donc beaucoup sur les comportements des polymères dans les espaces subnanométriques - en particulier les transitions thermiques - étaient inconnus.
La technique utilise des substances spécialement conçues connues sous le nom de polymères de coordination poreux (PCP), qui sont remarquables pour le degré élevé auquel leurs tailles de pores et d'autres caractéristiques peuvent être contrôlées.
« Les PCP nous permettent de concevoir des cages dans lesquelles piéger des molécules spécifiques, " explique le scientifique principal, le Dr Takashi Uemura de la Graduate School of Engineering de l'Université de Kyoto. " Dans ce cas, les molécules de polyéthylène glycol - les PEG - peuvent être logées dans les cages de la même manière que les anguilles de mer se cachent dans les trous. En eau libre, il n'y a pas d'ordre pour leur nage. Mais dans les tuyaux cylindriques, ils préfèrent s'organiser linéairement en groupes. Les chaînes en polymère le font aussi, s'assemblant de manière ordonnée dans les canaux PCP."
Dans ce cas, les canaux PCP ont été réglés avec précision pour contrôler leur taille et les caractéristiques de leur surface interne, permettant à l'équipe de recherche d'observer directement le comportement des polymères. Cela a conduit à la découverte inattendue que la température de transition - dans ce cas, le point de fusion -- des PEG confinés diminuait à mesure que leur poids moléculaire -- la longueur dans ce cas -- augmentait.
"C'était exactement le contraire de ce que nous avions observé en masse, C'est, PEG "gratuit", " précise le Dr Susumu Kitagawa, directeur adjoint de l'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) de l'Université de Kyoto. "Nous pensons que cela est le résultat de la déstabilisation des chaînes de PEG sous confinement. L'instabilité augmente avec la longueur de la chaîne."
Comprendre des détails aussi infimes du comportement des polymères nanoconfinés ouvre la possibilité de futures percées dans la fabrication à l'échelle nanométrique basée sur des assemblages de petits nombres de chaînes polymères, qui peut à son tour être utilisé pour fabriquer une large gamme de nouveaux matériaux.
