Khoa Hóa học tại Đại học Liverpool đã đi tiên phong trong phương pháp hiểu rõ hơn về cách chuỗi polyme phản ứng khi thay đổi dòng dung môi, cung cấp những hiểu biết có giá trị cho khoa học và các ngành công nghiệp như thu hồi dầu và quang điện. Nghiên cứu mới này là một bước đột phá quan trọng trong khoa học polymer.
Trong một bài báo gần đây đăng trên trang bìa tạp chí Nature Chemistry, các nhà nghiên cứu từ Liverpool đã sử dụng cơ hóa học để mô tả cách các chuỗi polymer trong dung dịch phản ứng với sự gia tốc đột ngột của dòng dung môi xung quanh. Phương pháp mới cuối cùng đã đưa ra câu trả lời cho một câu hỏi kỹ thuật cơ bản khiến các nhà khoa học polyme bối rối trong 50 năm qua.
Sự phân mảnh của các chất hòa tan cao phân tử trong dòng chảy nhanh có ý nghĩa cơ bản và thực tiễn rất quan trọng. Trình tự các sự kiện phân tử xảy ra trước sự đứt gãy chuỗi chưa được hiểu rõ vì những sự kiện đó không thể được quan sát trực tiếp mà phải được suy ra từ những thay đổi trong thành phần khối của dung dịch đang chảy. Ở đây, chúng tôi mô tả cách mô tả chi tiết hình dạng phân tử của các chuỗi trải qua các phản ứng cơ hóa trong các dung dịch siêu âm bằng cách phân tích sự cạnh tranh đồng chuỗi giữa sự phân mảnh của chuỗi polystyrene và quá trình đồng phân hóa của các nhiễm sắc thể được nhúng trong xương sống của chúng. Trong các thí nghiệm mới nhất, các phân đoạn bị kéo căng quá mức (được tải cơ học) phát triển và trôi dọc theo trục chính trong cùng khoảng thời gian và cạnh tranh với các phản ứng cơ hóa. Do đó, ít hơn 30% xương sống của chuỗi phân mảnh bị kéo căng quá mức, lực tối đa và xác suất phản ứng tối đa nằm cách xa tâm chuỗi. Do đó, việc định lượng cạnh tranh nội chuỗi có thể có ý nghĩa cơ học đối với bất kỳ dòng chảy nào đủ nhanh để gây ra sự phân mảnh chuỗi polymer.
Những thách thức và tác động lịch sử
Từ những năm 1980, các nhà nghiên cứu đã tìm cách tìm hiểu phản ứng đặc biệt của chuỗi polyme hòa tan trước dòng dung môi tăng tốc đột ngột. Tuy nhiên, chúng bị giới hạn ở các dòng dung môi được đơn giản hóa cao và có những hiểu biết hạn chế về hoạt động của hệ thống trong thế giới thực.
Phát hiện mới này của các nhà hóa học Liverpool, Giáo sư Roman Boulatov và Tiến sĩ Robert O'Neill có ý nghĩa khoa học quan trọng đối với nhiều lĩnh vực khoa học vật lý, cũng như ý nghĩa thực tế đối với việc kiểm soát lưu biến dựa trên polyme được sử dụng trong nhiều quy trình công nghiệp trị giá hàng triệu đô la như tăng cường thu hồi dầu và khí đốt, đường ống dẫn đường dài và sản xuất quang điện.
Giáo sư Roman Boulatov cho biết: "Khám phá của chúng tôi giải quyết được một vấn đề kỹ thuật cơ bản trong khoa học polyme và có khả năng làm thay đổi hiểu biết hiện tại của chúng ta về hoạt động của chuỗi trong việc tạo bọt khí cho dòng dung môi."TA GPH69
Tiến sĩ Robert O'Neill, đồng tác giả của bài báo, nói thêm: "Trình diễn phương pháp của chúng tôi cho thấy rằng sự hiểu biết của chúng tôi về cách chuỗi polymer phản ứng với sự tăng tốc đột ngột của dòng dung môi trong các dung dịch tạo bọt là quá đơn giản để hỗ trợ thiết kế có hệ thống các cấu trúc và chế phẩm polymer mới để thực hiện trong bối cảnh này. Kiểm soát lưu biến hiệu quả và tiết kiệm chi phí cũng cần thiết để đạt được những hiểu biết cơ bản về phân tử trong cơ hóa học do dòng chảy gây ra. và bên trong các phân tử. Vấn đề cơ bản là chuyển đổi động năng thành thế năng và trở lại năng lượng tự do "
Nhóm nghiên cứu dự định tập trung vào việc mở rộng phạm vi và khả năng của phương pháp mới của họ và sử dụng nó để lập bản đồ vật lý ở quy mô phân tử nhằm dự đoán chính xác hành vi dòng chảy cho bất kỳ sự kết hợp nào giữa polyme, dung môi và điều kiện dòng chảy.