Un cepillo de polímero es el nombre que se le da a un revestimiento de superficie que consta de polímeros atados a una superficie. [1] El cepillo puede estar en un estado solvatado, donde la capa de polímero atada consiste en polímero y solvente, o en un estado fundido, donde las cadenas atadas llenan completamente el espacio disponible. Estas capas de polímero se pueden unir a sustratos planos, como obleas de silicio, o sustratos muy curvados, como nanopartículas. Además, los polímeros se pueden atar en alta densidad a otra cadena de polímero simple, aunque esta disposición normalmente se denomina cepillo para botellas . [2] Además, existe una clase separada de cepillos de polielectrolito, cuando las propias cadenas de polímero llevan una carga electrostática.
Los cepillos se caracterizan a menudo por la alta densidad de cadenas injertadas. El espacio limitado conduce a una fuerte extensión de las cadenas. Los cepillos se pueden utilizar para estabilizar coloides , reducir la fricción entre superficies y proporcionar lubricación en articulaciones artificiales . [3]
Los cepillos de polímero se han modelado con dinámica molecular, [2] métodos de Monte Carlo, [4] simulaciones de dinámica browniana , [5] y teorías moleculares. [6]
Estructura
Las moléculas de polímero dentro de un cepillo se estiran lejos de la superficie de fijación como resultado del hecho de que se repelen entre sí (repulsión estérica o presión osmótica). Más precisamente, [7] están más alargados cerca del punto de unión y sin estirar en el extremo libre, como se muestra en el dibujo.
Más precisamente, dentro de la aproximación derivada por Milner, Witten, Cates, [7] la densidad promedio de todos los monómeros en una cadena dada es siempre la misma hasta un prefactor:
dónde es la altitud del monómero final y el número de monómeros por cadena.
El perfil de densidad promedio de los monómeros finales de todas las cadenas adjuntas, convolucionado con el perfil de densidad anterior para una cadena, determina el perfil de densidad del cepillo en su conjunto:
Un cepillo seco tiene una densidad de monómero uniforme hasta cierta altitud. Se puede demostrar [8] que el perfil de densidad de monómero final correspondiente viene dado por:
dónde es el tamaño del monómero.
El perfil de densidad de monómero anterior para una sola cadena minimiza la energía elástica total del cepillo,
independientemente del perfil de densidad del monómero final , como se muestra en. [9] [10]
De un pincel seco a cualquier pincel
Como consecuencia, [10] la estructura de cualquier cepillo puede derivarse del perfil de densidad del cepillo.. De hecho, la distribución del extremo libre es simplemente una convolución del perfil de densidad con la distribución del extremo libre de un pincel seco:
.
En consecuencia, la energía libre elástica del cepillo viene dada por:
.
Este método se ha utilizado para derivar propiedades humectantes de polímeros fundidos en cepillos de polímero de la misma especie [10] y para comprender asimetrías de interpenetración fina entre laminillas de copolímero [11] que pueden producir estructuras lamelares no centrosimétricas muy inusuales . [12]
Aplicaciones
Los cepillos de polímero se pueden utilizar en la deposición selectiva por área. [13] La deposición selectiva por áreas es una técnica prometedora para la autoalineación posicional de materiales en una superficie preparada.
Ver también
Referencias
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