약간의 교반 필요: 유체 혼합을 통해 연질 폴리머 구조의 확장 가능한 제조 가능

[아름이]

약간의 교반 필요: 유체 혼합을 통해 연질 폴리머 구조의 확장 가능한 제조 가능
날짜:
2023년 3월 10일
원천:
노스캐롤라이나 주립대학교
요약:
연구자들은 리본과 나노스케일 시트에서 막대와 분지형 입자에 이르기까지 12개의 서로 다른 구조 또는 '형태'로 부드러운 폴리머 재료를 제조할 수 있는 효율적이고 확장 가능한 기술을 개발하고 시연했습니다. 이 기술을 통해 사용자는 마이크로 및 나노 규모에서 재료의 형태를 미세하게 조정할 수 있습니다.

전체 이야기
연구자들은 리본과 나노스케일 시트에서 막대와 분지형 입자에 이르기까지 12가지 다른 구조 또는 "형태"로 부드러운 폴리머 재료를 제조할 수 있는 효율적이고 확장 가능한 기술을 개발하고 시연했습니다. 이 기술을 통해 사용자는 마이크로 및 나노 규모에서 재료의 형태를 미세하게 조정할 수 있습니다.

"이러한 발전은 이 기술이 다양한 폴리머 및 바이오폴리머와 함께 사용될 수 있기 때문에 중요합니다. 이러한 폴리머 마이크로 및 나노 구조의 형태가 응용 분야에 중요하기 때문에 단순히 구조를 제어하는 ​​대신 새로운 폴리머 기능을 얻을 수 있습니다. "라고 이 논문의 교신저자인 Orlin Velev와 North Carolina State University의 S. Frank and Doris Culberson 화학 및 생체분자 공학 석좌 교수는 말합니다. "예를 들어, 나노시트는 더 나은 배터리를 설계하는 데 사용될 수 있는 반면, 매우 높은 표면적을 가진 폴리머 섬유의 분기 네트워크인 덴드리콜로이드는 환경 개선 기술이나 새로운 경량 메타물질의 생성에 사용될 수 있습니다."

기본적으로 모든 다양한 형태는 폴리머 침전이라는 잘 알려진 프로세스를 사용하여 생성됩니다. 이 과정에서 폴리머는 용매에 용해되어 폴리머 용액을 생성합니다. 이 폴리머 용액은 두 번째 액체에 도입되어 폴리머가 부드러운 물질로 다시 결합됩니다.

여기서 새로운 점은 연구원들이 제조 공정 중에 세 가지 매개 변수 세트를 조작하여 생성된 고분자 연질 물질의 구조를 정밀하게 제어하는 ​​방법을 발견했다는 것입니다.

매개변수의 첫 번째 세트는 두 액체가 함께 혼합될 때 액체가 얼마나 빨리 교반되는지를 나타내는 전단 속도입니다. 매개변수의 두 번째 세트는 폴리머 용액의 폴리머 농도입니다. 매개변수의 마지막 세트는 폴리머가 초기에 용해된 용매의 조성과 폴리머 용액이 첨가된 액체의 조성입니다.

논문 제1저자이자 최근 박사 학위를 취득한 Rachel Bang은 "우리는 고분자 재료의 최종 형태에 영향을 미치는 중요한 매개변수를 확인했으며 이는 결과적으로 우리에게 많은 제어와 다재다능함을 제공합니다."라고 말합니다. NC 주립대 졸업. "이제 우리는 이러한 각 요소의 역할과 서로 어떻게 영향을 미치는지 이해하기 때문에 고분자 입자 형태를 재현 가능하게 미세 조정할 수 있습니다."

"우리가 12개의 다른 형태를 생성하는 방법을 시연했지만 가능한 모든 결과와 응용 프로그램을 탐색하는 초기 단계에 있습니다."라고 Velev는 말합니다.

연구자들은 이미 덴드리콜로이드가 생세포 성장을 위한 막을 만들거나 소수성 또는 친수성 코팅을 만드는 데 사용될 수 있음을 입증했습니다. 연구원들은 나노시트가 리튬 이온 배터리에서 보다 효율적인 분리막으로 사용될 가능성이 있음을 입증하기 위해 협력자들과 함께 작업했습니다.

"이 기술은 또한 식물성 단백질과 같은 다양한 천연 바이오폴리머와 함께 사용할 수 있으며 단백질 입자 형태의 정밀한 제어가 필요한 식물성 고기 유사체의 개발과 같은 다양한 응용을 지원하는 데 사용될 수 있습니다. 다양한 길이 스케일에서"라고 공동 저자인 싱가포르 공과대학 및 네덜란드 Wageningen 대학의 Simeon Stoyanov 교수는 덧붙였습니다. "또한 우리의 기술은 기존 혼합기를 사용하는 혼합 액체를 기반으로 하기 때문에 실제 제조를 위해 쉽게 확장할 수 있습니다."

"우리는 현재 식품 과학 연구원들과 협력하여 단백질 마이크로로드가 일부 식품의 질감을 제어하는 ​​데 사용될 수 있는 방법을 결정하고 있습니다."라고 Velev는 말합니다. "또한 우리는 생분해성 소프트 전자 제품에 사용하기 위한 바이오폴리머 기반 재료를 생산하는 데 우리 기술이 어떻게 사용될 수 있는지 탐구하기 위해 협력자들과 협력하고 있습니다.

"우리는 이러한 모든 형태에 걸쳐 폴리머 및 바이오폴리머에 대한 잠재적인 응용 분야를 탐색하기 위해 추가 협력자와 협력할 수 있습니다."

NC State는 마이크로로드, 나노섬유, 덴드리콜로이드의 전단 제조 및 전기화학 에너지원에서의 응용에 대한 특허를 발행했거나 출원 중입니다.

이 작업은 보조금 CMMI-1825476에 따라 국립 과학 재단의 나노제조 프로그램의 지원으로 수행되었습니다. 이 작업은 보조금 EFMA-2029327 및 CMMI-2134664에 따라 NSF로부터 추가 지원을 받았습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/