جریان پذیری بلورها

اخیرا دیده شده است که پلیمرهای نیمه بلورین قادرند تا در دمایی زیر دمای ذوب بلورهای خود جریان یابند.

 تا کنون باور بر این بود که پلیمرهای نیمه بلورین جامداتی هستند که تنها در دمایی بالاتر از دمای ذوب خود جریان پذیر هستند. اما به تازگی محققی به نام چیان-هوآتو به همراه همکاران خود در موسسه تحقیقات پلیمر ماکس پلانک در آلمان و دانشگاه Ioannina در یونان روشی جالب یافته است که به کمک آن می‌توان مواد نیمه بلورین را در زیر دمای ذوب خود به جریان درآورد. آنها در این روش بلورهای ماده را در شیارهای استوانه‌ای نانویی به دام انداختند و نشان دادند که در این حالت، فرایند مویینگی به وجود آمده آنقدر قوی است که باعث کشیده شدن زنجیرهای پلیمر به داخل حفرات بدون ذوب بلورها می‌شود. این امر امکان فرایند پذیری پلیمرها در دماهای پایین را فراهم آورده و هزینه تولید را کاهش می‌دهد.

تو و همکارانش برای بررسی بیشتر این پدیده از دو پلیمر نیمه بلورین استفاده کردند که یکی از این پلیمرها پلی اتیلن اکسید بود. بلورها در این پلیمر ابر ساختاری کروی را تشکیل می‌دادند. در این تحقیق مهندسین مواد نیز همکاری کرده و قالب‌هایی از جنس آلومینا با تخلخل نانویی طراحی کردند. با بررسی عبور این پلیمر از نانوتخلخل‌های آلومینا دیده شد که نیروی مویینگی به قدری قوی است که پلیمر را بدون ذوب شدن یا تغییر شکل بلورهای آن به جریان در آورد و نیز دیده شد که در طی این آزمایش ویسکوزیته پلیمر نیمه بلورین کاهش می‌یابد.

ساز و کار جذب سیال و عبور آن از تخلخل‌های نانویی به واسطه نیروی مویینگی وابسته به دینامیک حوزه‌های آمورف و بلورین آن است. از آنجا که این فرایند نه تنها توسط نیروی مویینگی بلکه به کمک نفوذ کریستال‌ها انجام می‌شد، تو و تیم آن اثر جرم مولکولی پلیمر را نیز در این فرایند بررسی کردند و نتایج نشان داد که جرم مولکولی تنظیم کننده سرعت جذب و حرکت به جلوی ماده در نانوتخلخل است.

هرچند این فرایند با سرعت نسبتا کمی انجام می‌شود و راه بسیار طولانی را تا رسیدن به صنعت دارد اما یافته Tu نقطه عطفی در زمینه فرایندهای Cold flow بوده و امکان کاهش هزینه‌های تامین گرما برای ذوب پلیمرهای نیمه بلورین به منظور فرایند پذیری آن‌ها و نیز حفظ شکل‌ بلورهای اولیه در عین جریان پذیری فراهم می‌آورد.