Imágenes ópticas de la movilidad molecular de las nanosferas de poliestireno simples

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ciencias de los Polímeros
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Se conocen capas superficiales ultrafinas con alta movilidad molecular en películas de polímero.
• Su existencia y propiedades en nanoesferas poliméricas individuales siguen siendo en gran medida inexploradas debido a las técnicas de caracterización limitadas.
• Comprender estas capas superficiales es crucial para las propiedades de los nanomateriales.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y aplicar una técnica de imagen térmica óptica para la caracterización de nanoesferas poliméricas simples.
• Para determinar las temperaturas de transición vidrio (Tg) y caucho-fluido (Tf) de las nanosferas de poliestireno aisladas (PSNS).
• Investigar la existencia, el grosor y las propiedades de las capas móviles superficiales en PSNS.

Principales métodos:

• Desarrollo de una técnica de imagen térmica óptica de alto rendimiento y no intrusiva.
• Determinación simultánea de las temperaturas de transición (Tg, Tf) y del tamaño de cada PSNS.
• Análisis de las variaciones de la señal óptica durante el aumento de temperatura para identificar las características de la capa superficial.

Principales resultados:

• Se midieron con éxito Tg y Tf para un solo PSNS, observando dos transiciones térmicas distintas.
• Se reveló una reducción de la Tf aparente y un aumento de la Tg con una disminución del radio de la nanosfera (70-130 nm), influenciados por los efectos del sustrato.
• Se ha detectado una disminución de la señal óptica pre-Tg, lo que indica una capa móvil superficial de aproximadamente 8 nm de espesor.

Conclusiones:

• Confirmó la existencia y cuantificó el grosor de una capa móvil superficial en nanoesferas de poliestireno aisladas.
• Se ha demostrado que las propiedades térmicas (Tg, Tf) del PSNS dependen del tamaño y están influenciadas por las interacciones del sustrato.
• Se estableció una estrategia general de abajo hacia arriba para investigar las relaciones estructura-propiedad en nanomateriales poliméricos a nivel de una sola nanopartícula.