Moldeo por compresión |Proceso explicado | Matriz de polímeros
Los fenómenos electrostáticos en los aislantes se conocen desde hace cuatro siglos, pero muchas preguntas relacionadas con ellos siguen sin respuesta, por ejemplo: ¿cuáles son las especies portadoras de carga en un polímero orgánico electrificado, cómo se distribuyen las cargas espacialmente y cuál es la contribución de los dominios cargados eléctricamente a las propiedades generales del polímero? Recientemente se han introducido nuevos microscopios de sonda de barrido, que son adecuados para el mapeo de los potenciales eléctricos a través de una muestra sólida, proporcionando así algunas respuestas a las preguntas anteriores. En este trabajo, informamos de los resultados obtenidos con dos de estas técnicas: el potencial eléctrico de barrido (SEPM) y la microscopía de fuerza eléctrica (EFM). Estos resultados se asociaron a las imágenes adquiridas mediante el uso de la microscopía electrónica analítica (imágenes de espectroscopia de pérdida de energía en el microscopio electrónico de transmisión, ESI-TEM) para muestras de polímeros coloides. En conjunto, muestran dominios con exceso de cargas eléctricas (y potenciales) que se extienden hasta cientos de nanómetros y que están formados por grandes grupos de cationes o aniones, alcanzando dimensiones supramoleculares. También se observaron dominios con exceso de carga eléctrica en termoplásticos, así como en partículas de sílice, polifosfato y óxido de titanio. En el caso de los termoplásticos, el origen de las cargas se asigna provisionalmente a su triboquímica, a la oxidación seguida de segregación o a los efectos Mawell-Wagner-Sillars y Costa Ribeiro.
Técnica de electrospinning (IQOG-CSIC)
Los campos eléctricos de corriente alterna (CA) alinean eficazmente las fibras de poli (3-alquiltiofeno) (P3AT) durante un proceso de cristalización unidimensional. Las propiedades estructurales, mecánicas y eléctricas se han sondeado mediante microscopía, dispersión de neutrones de ángulo pequeño (SANS), microscopía de fuerza atómica (AFM), difracción de rayos X (XRD), reología, espectroscopia UV-vis y espectroscopia dieléctrica. Se identificaron la frecuencia y las amplitudes óptimas para concentraciones específicas de P3AT y para una calidad de disolvente variable. La microscopía óptica, junto con el SANS y la DRX, demuestran que la alineación persiste en escalas de longitud tanto micrométricas como nanométricas. La reología de cizallamiento oscilante de pequeña amplitud también demostró que el módulo de cizallamiento aumentó para las fibras alineadas. Los cambios estructurales se correlacionaron con las mejoras en la conductividad eléctrica, según la espectroscopia dieléctrica. Los experimentos de DRX realizados con orientaciones variables de la muestra también mostraron que la dirección de apilamiento del P3HT estaba alineada en paralelo a la dirección del eje de la fibra. La alineación del campo eléctrico también fue posible para otros polímeros de alquil-tiofeno y para polímeros con unidades de repetición de columna vertebral simples.
Clase 10: Teoría del volumen libre de Tg
El aumento del uso de materiales poliméricos en aplicaciones de ingeniería hace necesario estudiar su comportamiento de triboelectrificación durante la fricción. Se llevaron a cabo experimentos para medir la carga eléctrica estática generada por la fricción de diferentes polímeros {poliamida (PA 6), poliamida rellena de grafito (GPA 6), tereftalato de polietileno, (PET), politetrafluoroetileno, (PTFE) y polimetilmetacrilato, (PMMA)} deslizándose contra el acero inoxidable a 60 y 180 N de carga. La prueba se llevó a cabo en superficies de deslizamiento lubricadas con agua, agua salada y aceite.
Se comprobó que la tensión generada por el deslizamiento del PA 6 lubricado con aceite contra el acero inoxidable mostraba la mayor tensión, mientras que el lubricado con agua y agua salada mostraba la menor tensión. Se observó un aumento significativo de la tensión con el aumento de la carga. Las superficies lubricadas con agua mostraron los valores de tensión más altos, seguidas por las de agua salada. Las superficies lubricadas con aceite mostraron la tensión más baja. El GPA 6 mostró una tensión generada relativamente más alta que el PA 6. El agua salada mostró la tensión más alta seguida del agua, mientras que el aceite mostró una tensión muy baja. Se puede sugerir que la presencia de grafito en la matriz de PA 6 mejoró su conductividad eléctrica y distribuyó homogéneamente la carga estática eléctrica generada en la superficie. Además, el GPA 6 fue más sensible al agua salada, donde se generó el mayor voltaje.
Visión general de los polímeros conjugados
Los polímeros cargados se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, que van desde la modificación de la viscosidad y la encapsulación en productos alimentarios hasta los materiales avanzados que responden a los estímulos. Los polímeros cargados son también omnipresentes en los materiales biológicos: la mayoría de las biomacromoléculas están cargadas, lo que constituye un aspecto crucial de su función. Por lo tanto, comprender las propiedades físicas de estos sistemas es muy importante para desarrollar nuevos materiales que aprovechen las características de los sistemas biológicos complejos (estructura jerárquica, secuencias de monómeros definidas, etc.) para la amplia gama de aplicaciones que ya cuentan con polímeros cargados (¡y más!).
Estamos interesados en una variedad de materiales poliméricos cargados, en particular una clase de soluciones polielectrolíticas conocidas como coacervados complejos. Estamos utilizando una combinación de simulación y teoría para comprender el papel de las correlaciones de carga, la forma molecular, la secuencia de monómeros del polímero, las altas densidades de carga y la arquitectura de la cadena que afectan a la separación de fases macroscópica impulsada por la electrostática. Nuestro trabajo ha revelado nuevas formas de manipular y ajustar los materiales utilizando cargas. Somos pioneros en el uso de polímeros y cargas para desarrollar materiales capaces de emular la biología y relevantes para aplicaciones que van desde los sistemas avanzados de respuesta a estímulos hasta los materiales para aplicaciones energéticas. Este trabajo se lleva a cabo en estrecha colaboración con la profesora Sarah Perry de UMass Amherst.