Uutiset

Kaiken takana onkin vesi: polyelektrolyyttikalvojen terminen transitio dehydraatiomekanismilla

Tutkijat onnistuivat päättelemään polyelektrolyyttikalvojen termisen rakennemuutoksen mekanismin.

Polyelektrolyyttikalvo muodostuu vastakkaisvarauksisten polymeerien kasautuessa vesiliuoksessa. Niillä on jo kauan tiedetty olevan epätavallinen terminen eli lämpötilariippuva rakennemuutos, joka ilmenee lämpötilan noustessa kalvon äkillisenä, voimakkaana pehmenemisenä ja polymeerien diffuusion samanaikaisena selkeänä nopeutumisena. Kyseistä rakennemuutosta hyödynnetään muun muassa älykkäissä responsiivisissa pinnotteissa ja suodatinkalvoissa materiaalitieteen energiasovellutuksissa ja biotekniikassa esimerkiksi lääkekuljetuskapseleissa. Paremman käsitteen puuttuessa tätä rakennemuutosta on kutsuttu lasitransitioksi.

Aalto-yliopiston kemian laitoksen tutkijat ovat vastikään julkaistussa tutkimuksessaan pystyneet ensimmäistä kertaa päättelemään tämän muutoksen taustalla olevan mekanismin yhdistämällä tietokonesimulaatioista ja niitä tukevista kokeellisista mittauksista saadun tiedon.

Kaaviokuva veden merkityksestä polyelektrolyyttikalvojen lämpötilatransitiossa, jossa kalvo muuttuu transitiolämpötilassa lasimaisesta kumimaiseksi lämpötilan noustessa. Nyt julkaistussa tutkimustyössä havaittiin, että transitiolämpötilassa veden muodostamien vetysidosten elinikä ja niiden määrä laskevat; vesi ei liuota polyelektrolyytteja yhtä hyvin kuin transitiolämpötilan alapuolella. Kuva Maria Sammalkorpi

Akatemiatutkija Maria Sammalkorven tutkimusryhmän työ osoittaa, että rakennemuutoksen aiheuttaa dehydraatio, eli se on seurausta veden sitoutumisen huononemisesta materiaalissa transitiolämpötilassa. Tulokset ovat merkittäviä, koska ne kumoavat aiemmin vallalla olleen käsityksen, että transitio liittyisi muutokseen polyelektrolyyttien välisissä ionipareissa. Lisäksi havaittu dehydraatiomekanismi on ensimmäinen osoitus niin kutsutun alimman kriittisen liukenemislämpötilan transitiomekanismin eli LCST-mekanismin esiintymisestä polyelektrolyyttirakenteissa. Nyt julkaistut tutkimustyön tulokset osoittavat, että vesi-polyelektrolyyttivuorovaikutus on keskeinen fokusalue polyelektrolyyttipohjaisen materiaalin ominaisuuksia suunniteltaessa.

Tutkimustulokset julkaistiin hiljattain ACS Macro Letters -lehdessä. Tutkimustyö on osa NSF Materials World Network -yhteistyöprojektia ja sen ovat rahoittaneet Suomen Akatemia ja NSF, Yhdysvallat. Tutkimuksen vastuullinen johtaja Aalto-yliopistossa on Maria Sammalkorpi (maria.sammalkorpi(at)aalto.fi) ja Yhdysvalloissa Jodie Lutkenhaus, Texas A&M University, TX, USA (jodie.lutkenhaus(at)tamu.edu).

Lisätiedot:

Akatemiatutkija Maria Sammalkorpi, kemian laitos, Aalto-yliopiston kemiantekniikan korkeakoulu; email: maria.sammalkorpi(at)aalto.fi
Alkuperäinen tieteellinen artikkeli: Erol Yildirim, Yanpu Zhang, Jodie L. Lutkenhaus, and Maria Sammalkorpi, “Thermal Transitions in Polyelectrolyte Assemblies Occur via a Dehydration Mechanism“ ACS Macro Letters, 2015, 4, pp 1017–1021.
 

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Kirsi Peltonen. Photo: Mikko Raskinen.
Poikkeustilanteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kirsi Peltonen: On kummallista mennä autiotaloon ja tavata siellä opiskelijoita Zoomin välityksellä

Vanhempi yliopistonlehtori Kirsi Peltonen ehti pitää viime syksynä yhden voimaannuttavan lähiluennon, ja nyt hän opettaa pääosin etänä Otaniemestä käsin. Hän pitää etäyhteyksien varassa tapahtuvaa vuorovaikutusta hyvin haastavana.
Can I Vote?
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Can I Vote? – verkkotyökalu tietoisuuden lisäämiseksi paikallisdemokratiasta Suomessa

Aalto-yliopiston ja TAMKin opiskelijat kehittivät verkkotyökalun äänioikeuden tarkistamiseksi yhteistyössä Ylen kanssa
Ruoantuotantovyöhykkeet
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tuore tutkimus: Ilmastonmuutos uhkaa jopa kolmannesta maailman ruoantuotannosta  

Ilmastonmuutos voi vaikuttaa rajusti Suomenkin luontoon ja ekosysteemeihin, Jos hiilidioksidipäästöjen kasvu jatkuu entisellään.
Särkyvää-keramiikka näyttely EMMA-museossa toukokuu2021_elokuu2022_kuva_Ari KArttunen_EMMA_2021
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Keramiikka haastaa ajattelemaan EMMA-museossa

Juuri avautunut näyttely pohtii ihmisen suhdetta keramiikkaan, saveen ja ympäristöönsä.