microfasesegregatie

Microfasesegregatie verwijst naar het ontstaan van periodieke nanostructuren in materialen waarin onoplosbare componenten covalent met elkaar verbonden blijven. In blokcopolymeren en vergelijkbare systemen brengen de incompatibiliteit van de blokken en de entropische beperkingen van de lange moleculaire ketens de componenten ertoe zich te scheiden op nanometerschaal, in plaats van tot volledige/macroscopische afscheiding. Het proces wordt vaak beschreven met de Flory-Huggins-parameter χ en de mate van polymerisatie N; wanneer χN boven een kritieke drempel uitkomt, ontstaan geordende nanostructuren in plaats van een gemengd of volledig gescheiden toestand. De exacte uitkomst hangt af van de grootteverhouding en de interacties tussen de blokken.

Verschillende morfologieën kunnen optreden afhankelijk van de volume-fractie van de blokken en de interacties: lamellaire, cilindrische en sferische domeinen, hexagonale of gyroïde structuren komen voor in diblokcopolymeren en verwante systemen. Bij evenwichtige kopolymers geeft de volumefractie f de soort structuur aan, terwijl de temperatuur of samenstelling de orde-disorde transitie bepaalt. De karakteristieke afstand tussen de nanodomeinen groeit met de lengte van de polymeren en kan worden beïnvloed door de mate van incompatibiliteit χ.

Toepassingen omvatten nanostructurering van materialen, membranen, fotonische en nanolithografische systemen. Observatie- en karakterisatie-technieken zoals SAXS, TEM en AFM worden gebruikt om de periodiciteit en morphologie te bepalen, vaak ondersteund door zelfconsistente veldtheorieën (SCFT) en computer-simulaties.

Voorbeelden van systemen zijn polystyreen-block-polybutadreen (PS-b-PBD) en polystyreen-block-poly(methyl methacrylaat) (PS-b-PMMA). Microfasesegregatie onderscheidt zich van macrophase-segregatie door de nanometerschaal ordening in plaats van macrocategorieën.