Une équipe de chercheurs de l'Université de Constance a démontré une nouvelle procédure de polymérisation aqueuse pour générer des nanoparticules de polymère à chaîne unique et de forme uniforme, lequel, contrairement aux méthodes précédentes, implique des concentrations élevées de particules. Un article correspondant intitulé "Uniform shape monodisperse single chain nanocrystals by living water catalytic polymerization" est prévu pour publication dans Communication Nature .

Pour construire des nanomatériaux, des nanoparticules de formes et de tailles uniformes sont nécessaires. Alors que les nanoparticules de métal inorganique ou d'oxyde métallique adaptées à l'assemblage peuvent être générées sous diverses formes, il était jusqu'à présent très difficile de fabriquer des nanoparticules de polymère sous des formes autres que des sphères. Stefan Mecking, professeur de science des matériaux chimiques à l'Université de Constance dit, « Dans les approches précédentes, des particules à chaîne unique ont été préparées par effondrement post-polymérisation ou assemblées à partir de solutions de chaînes synthétisées séparément. Ce que nous avons réussi à faire, c'est de démontrer la polymérisation directe en nanocristaux monodispersés de forme uniforme à chaîne unique pour le polyéthylène, qui est le matériau polymère synthétique le plus grand et le plus important."

Un défi majeur associé à cette approche est d'atteindre une croissance de chaînes vivantes et de particules qui peut être maintenue pendant plusieurs heures et jusqu'à des poids moléculaires très élevés, produisant idéalement des nanocristaux à chaîne unique de polyéthylène à poids moléculaire ultra-élevé. Pour y parvenir, les chercheurs ont développé des catalyseurs avancés. « Nous avons ensuite effectué une série de tests de réacteurs sous pression pour identifier les conditions idéales pour maintenir l'activité catalytique sur de plus longues périodes de temps et pour mieux comprendre le processus de croissance de la chaîne et des particules, " explique Mecking. " En plus des nouveaux catalyseurs, le contrôle de l'état colloïdal du mélange réactionnel est un autre élément clé pour obtenir les dispersions de particules aqueuses souhaitées."

Contrairement à de nombreuses procédures de post-polymérisation, la procédure de polymérisation aqueuse élaborée par Stefan Mecking et son équipe donne des densités de nombre de particules élevées, qui sont comparables aux dispersions de polymères commerciales utilisées pour les revêtements, peintures et autres applications. En utilisant la microscopie électronique à transmission (MET), les chercheurs ont pu confirmer que les particules ainsi générées sont composées d'une seule chaîne, présentent une forme et une distribution de taille uniformes et ne s'agrègent pas.

« Bien que nos assemblages puissent ne pas correspondre entièrement aux assemblages largement optimisés de nanoparticules inorganiques, ils semblent très prometteurs, " conclut Mecking. " Avec le temps, nos connaissances sur la création de nanocristaux polymères anisotropes à l'aide de la polymérisation catalytique aqueuse peuvent nous permettre de créer des matériaux polymères basés sur l'assemblage de nanoparticules."