Chemiker erzielen Durchbruch bei der Lösung eines langjährigen Rätsels in der Polymerwissenschaft

Neuer Ansatz kann eine grundlegende und technologische Frage, die die Polymerwissenschaftler seit 50 Jahren beschäftigt, endlich beantworten

03.10.2023

Künstlerische Darstellung einer Polymerkette mit einer molekularen Kraftsonde (zentrale Struktur), die durch das Strömungsfeld um eine implodierende Kavitationsblase (zentraler Kreis) verzerrt wird.

Professor Roman Boulatov, University of Liverpool

Neue Forschungsarbeiten der Chemieabteilung der Universität Liverpool stellen einen wichtigen Durchbruch auf dem Gebiet der Polymerwissenschaft dar.

In einer in der Fachzeitschrift Nature Chemistry veröffentlichten und auf der Titelseite abgedruckten Arbeit nutzen die Liverpooler Forscher die Mechanochemie, um zu charakterisieren, wie eine Polymerkette in Lösung auf eine plötzliche Beschleunigung des sie umgebenden Lösungsmittelflusses reagiert.

Mit diesem neuen Ansatz kann eine grundlegende und technologische Frage, die die Polymerwissenschaftler seit 50 Jahren beschäftigt, endlich beantwortet werden.

Seit den 1980er Jahren haben Forscher versucht, die einzigartige Reaktion gelöster Polymerketten auf plötzlich beschleunigte Lösungsmittelströme zu verstehen, waren jedoch auf stark vereinfachte Lösungsmittelströme beschränkt, die nur begrenzte Einblicke in das Verhalten realer Systeme ermöglichten.

Die neue Entdeckung der Liverpooler Chemiker Professor Roman Boulatov und Dr. Robert O'Neill hat bedeutende wissenschaftliche Auswirkungen auf verschiedene Bereiche der physikalischen Wissenschaften sowie auf praktischer Ebene für die auf Polymeren basierende rheologische Steuerung, die in vielen millionenschweren industriellen Prozessen wie der verbesserten Öl- und Gasgewinnung, der Verlegung von Fernleitungen und der Herstellung von Photovoltaikanlagen eingesetzt wird.

Professor Roman Boulatov sagte: "Unsere Ergebnisse stellen eine grundlegende und technische Frage in der Polymerwissenschaft dar und könnten unser derzeitiges Verständnis des Kettenverhaltens in kavitativen Lösungsmittelströmen auf den Kopf stellen."

Dr. Robert O'Neill, Mitautor der Arbeit, fügte hinzu: "Unsere Demonstration des Ansatzes zeigt, dass unser Verständnis davon, wie Polymerketten auf plötzliche Beschleunigungen von Lösungsmittelflüssen in kavitierenden Lösungen reagieren, zu einfach war, um die systematische Entwicklung neuer Polymerstrukturen und -zusammensetzungen für eine effiziente und wirtschaftliche rheologische Kontrolle in solchen Szenarien zu unterstützen oder um grundlegende molekulare Einblicke in die flussinduzierte Mechanochemie zu gewinnen.

"Unsere Arbeit hat wichtige Auswirkungen auf unsere Fähigkeit, die Nicht-Gleichgewichts-Polymerkettendynamik auf molekularen Längenskalen zu untersuchen und damit unsere Fähigkeit, grundlegende Fragen darüber zu beantworten, wie Energie zwischen und innerhalb von Molekülen fließt und wie sie sich von kinetischen zu potentiellen und freien Energien transformiert."

Das Forscherteam plant, sich auf die Erweiterung des Umfangs und der Fähigkeiten seiner neuen Methode zu konzentrieren und sie zu nutzen, um die Physik auf molekularer Ebene abzubilden, was genaue Vorhersagen des Fließverhaltens für eine beliebige Kombination von Polymer, Lösungsmittel und Fließbedingungen ermöglichen würde.

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Originalveröffentlichung

Robert T. O’Neill, Roman Boulatov; "Experimental quantitation of molecular conditions responsible for flow-induced polymer mechanochemistry"; Nature Chemistry, Volume 15, 2023-7-10

https://www.chemie.de/news/1181692/chemiker-erzielen-durchbruch-bei-der-loesung-eines-langjaehrigen-raetsels-in-der-polymerwissenschaft.html

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Robert T. O’Neill, Roman Boulatov; "Experimental quantitation of molecular conditions responsible for flow-induced polymer mechanochemistry"; Nature Chemistry, Volume 15, 2023-7-10

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