Yumuşak polimer matrislerde dağılan nanokristallerden yapılan nanokompozitler çok çeşitli teknoloji uygulamalarında kullanılır. Bununla birlikte, bu materyallerin esas problemi, nanoparçacıkların polimer içinde tekdüze olarak dağılmasının zor olmasıdır.

Hamburg Üniversitesi ve Almanya Forschungszentrum Jülich GmbH’da araştırmacılardan oluşan bir ekip, şimdi polimer kaplı süperparamanyetik demir oksit nanokristallerinden yapılmış nanokompozitlerde bu sorunun üstesinden gelmek için üç aşamalı bir teknik geliştirdiler.

Multifonksiyonel nanokompozitörler, sensörler ve plazmoniklerden tutun , gerilebilir elektroniklere ve akıllı kaplamalara kadar, enerji dönüşümü ve biyotıp gibi uygulama alanlarında  kullanılıyor.

Araştırmacılar, özellikle bu tür materyallerin moleküler tasarım yoluyla kontrol edilebileceği için çevrelerindeki fiziksel veya kimyasal uyarılara adapte olabilen polimerik nanokompozitlerle ilgileniyorlar.

Bu tür fonksiyonel sistemlerin bir alt kümesi, özellikleri harici bir manyetik alan kullanılarak modifiye edilebilen, manyetit olarak da bilinen süperparamanyetik demir oksit nanopartikülleri (SPION’lar) üzerine kurulmuştur. Bununla birlikte, şimdiye kadar yapılan SPION temelli kompozitlerin çoğunun homojen olmaması, yani çeşitli büyüklük ve şekillerde nanopartiküllerin yanı sıra agregalar[1] içermesi de sorun oluşturmaktadır. Bu, sonuç olarak, bu malzemelerin manyetik özelliklerinin homojen olmamasına neden olur; bu da, kontrol edilmesinin zor olduğunu gösterir. 

Polimer bloklarının çapraz bağlanması önemlidir

Fiziksel Kimya Enstitüsü’nden Horst Weller ve Hamburg Üniversitesinde ki Ultra Hızlı Görüntüleme (Ultrafast imagining) için Hamburg Merkezi liderliğindeki bir ekip şimdi bu sorunun üstesinden gelmeyi başardılar. Araştırmacılar, manyetit nanokristallerinin boyutunu ve şeklini kontrol etmek için ıslak kimyasal teknik denilen yöntem kullandılar, bunları gömme bir polimer matrisinin kovalent bağlı dış koronası [2] ile kararlı misel içinde kapsülleyip daha sonra işlemin son aşamasında dağıttıklarını belirttiler .Misel kapsüllemenin orta basamağı, nanoparçacıkların polimer eriyiğinde homojen bir şekilde dağılmasını sağlar diye açıklıyor Weller.

Araştırmacılar, birbirlerini mükemmel bir şekilde tamamlayan iki teknik olan en son teknoloji transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ve dar açılı X-ışını saçılımı (SAXS) kullanarak kompozitlerini karakterize ettiler. Sonuç olarak, SPION’u çevreleyen polimer blokların çapraz bağlanmasının polimer içindeki homojen olarak nanokristalleri dağıtmak için önemli olduğunu buldular. 

İsteğe göre manyetik ve mekanik özelliklerin değiştirilmesi

Weller, “Bir polimer matrisinde homojen olarak dağılmış nanokristaller aşırı sertlik ve sertlik özelliklerine sahip olabiliyor. Yaklaşımımız, maddenin reolojik [3] tepkisini, mekanik ve manyetik özelliklerini harici manyetik alanlar kullanarak değiştirmemize izin verecek .Bu işlemi gerçekleştirmek için nanokompozitleri kendi cam sıcaklığının üzerinde ısıtıp manyetik nanokristalleri hizalamak için bir manyetik alan uyguluyoruz.” diye açıklıyor nanotechweb.org. ekibine.

“Sonuç olarak, nanokristallerin viskozitesini kontrol edebiliyoruz çünkü üretim sırasında polimerlerin preslenmesi için önemli . Ayrıca, parçacıkları soğutarak ve sonra tekrar ısıtarak  parçacıkları yakalayabiliriz. Böylece manyetik ve mekanik özelliklerini isteğe göre değiştirebiliriz. ” diyor Weller.

Araştırmacılar, ön hazırlık sonuçlarından dolayı, nanokristal dolgu maddesinin miktarını ve nanoparçacıkların boyutlarını ve şekillerini değiştirerek nanokompozitlerinin manyetik ve mekanik özelliklerini optimize etmeye nasıl bakacaklarını söylüyorlar. Yaptıkları Mevcut çalışmaları ACS Nano DOI: 10.1021 / acsnano.6b08441’de detaylandırılmıştır.

[1] aggregates: Tek bir tür gibi muamele gören ve birbirleriyle yakın türlerden oluşan bir grup.

[2] Corona: Taç şeklinde bir yapı.

[3] Rheology :  Maddenin deformasyonu ve akışıyla uğraşan bir fizik dalı.

Kaynak : nanotechweb.org