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Do micro ao nano: como os nanopolímeros revolucionam nossa ciência dos materiais?
Os compósitos nanopolímeros (PNCs) consistem em polímeros ou copolímeros e nanopartículas ou cargas dispersas em uma matriz polimérica. Essas nanopartículas podem ter uma variedade de formatos (por exemplo, flocos, fibras, esferas), mas pelo menos uma dimensão deve estar na faixa de 1 a 50 nanômetros. Esses PNCs pertencem a sistemas multifásicos (MPS, como misturas, compósitos e espumas) e são responsáveis por 95% da produção global de plástico. Esses sistemas exigem mistura/reforço controlado, estabilização da dispersão resultante e orientação da fase dispersa, e as estratégias de reforço para todos os MPSs, incluindo PNCs, são semelhantes.
A nanociência de polímeros se refere à aplicação da nanociência ao estudo e à aplicação de matrizes de polímeros-nanopartículas, onde pelo menos uma dimensão da nanopartícula é menor que 100 nanômetros. O processo de transformação de micropartículas em nanopartículas resulta em mudanças em suas propriedades físicas e químicas. Um dos principais fatores para essa mudança é o aumento da relação entre área de superfície e volume e a mudança no tamanho das partículas. À medida que o tamanho da partícula diminui, a relação entre a área da superfície e o volume aumenta, fazendo com que o comportamento dos átomos na superfície da partícula se torne mais dominante na reação.
“A maior área de superfície dos nanopolímeros permite interações mais fortes com outras partículas, o que por sua vez melhora propriedades como resistência e resistência ao calor.”
Por exemplo, as nanoesferas de silício apresentam uma grande diferença em relação ao silício convencional; seus diâmetros variam de 40 a 100 nanômetros e sua dureza está entre a safira e o diamante. Compósitos nanopolímeros também podem ser preparados por síntese de infiltração contínua (SIS), na qual nanomateriais inorgânicos crescem em uma matriz polimérica por meio da difusão de precursores em fase de vapor.
Nanofibras de polímero bio-híbrido
Muitas aplicações tecnológicas de substâncias biológicas (por exemplo, proteínas, vírus ou bactérias), como cromatografia, tecnologia da informação optoeletrônica, sensores, catálise e administração de medicamentos, exigem sua imobilização. Nanotubos de carbono, partículas de ouro e polímeros sintéticos são frequentemente usados para essa finalidade. A imobilização de substâncias biológicas é obtida principalmente por adsorção ou ligação química, usando menos frequentemente essas substâncias como hóspedes na matriz hospedeira.
"Os polímeros fornecem uma boa plataforma para a imobilização de biomassa devido à disponibilidade de uma ampla variedade de macromoléculas naturais ou sintéticas e tecnologias avançadas de processamento."
Preparação de nanotubos biohíbridos
As fibras de polímero são geralmente produzidas em escala técnica por tecnologia de extrusão, onde um polímero fundido ou uma solução de polímero é bombeado através de uma matriz cilíndrica e então fiado ou estirado por um dispositivo de recolhimento. Atualmente, a eletrofiação continua sendo a melhor tecnologia de processamento de polímeros para redução de diâmetros para centenas de nanômetros ou até mesmo alguns nanômetros. Ao aplicar um forte campo elétrico, um jato de fluido é ejetado do topo da gota até que uma nanofibra sólida seja formada.
Aplicações dos Nanotubos
Os nanotubos também podem ser usados para administração de medicamentos, principalmente no tratamento do câncer. Sua função é proteger o medicamento da destruição no sangue, controlar a dinâmica de liberação do medicamento e fornecer capacidades de transporte para alvos específicos. Além disso, nanotubos com polímeros responsivos também podem controlar a abertura e a liberação da boca do tubo por meio de modificação química.
"As fibras núcleo-casca dos nanotubos são capazes de capturar material biológico sem afetar sua funcionalidade, o que as torna potencialmente úteis em biossensores."
Aplicações de engenharia de nanopolímeros
Entre as aplicações de engenharia, os compósitos de nanopolímeros desempenham um papel importante na indústria de pneus automotivos, pois suas propriedades superiores ajudam a melhorar a eficiência de combustível. Além disso, os compósitos nanopolímeros também são usados em ambientes de alta temperatura devido à sua excelente resistência ao calor.
Embora os desenvolvimentos no campo dos nanopolímeros sejam rápidos, eles ainda enfrentam limitações. Por exemplo, a liberação de fármacos a partir de nanofibras ainda não foi controlada com precisão e normalmente ocorre em uma explosão. E com o desenvolvimento da tecnologia futura, naturalmente ansiamos por mais possibilidades.
Como as propriedades dos nanopolímeros podem ser melhor exploradas para resolver futuros desafios da ciência dos materiais?
