Desde una humilde bolsa de plástico hasta alas de avión ultraligeras: los polímeros están en todas partes. Estas moléculas son largas cadenas de átomos que se unen químicamente para desempeñar muchos papeles que todos amamos fotovoltaica orgánica y odiamos contaminación plástica indestructible.Los polímeros también son útiles en forma líquida: la diferencia entre el puré de tomate y el ketchup es solo 0.5% de goma de xantano, que es un polímero hecho de azúcar. La salsa de tomate es espesa pero no pegajosa, todo gracias a las cadenas de xantano que son tan largas quese interpenetran y forman una red enredada que resiste el flujo. El mismo principio también sustenta las aplicaciones de alta tecnología como la impresión por chorro de tinta.
Existe la posibilidad de disminuir la cantidad de aditivos espesantes, sin comprometer su efecto en el flujo, lo que ahorraría costos y minimizaría el impacto ambiental. Si conectamos los extremos de tres cadenas lineales a un solo punto, el resultado se llamapolímero estelar. Debido a esta arquitectura ramificada, las redes de polímeros estelares están dramáticamente más enredadas que sus primos lineales de la misma masa. Para explicar cómo funciona este enredo, comencemos con el concepto de una caminata aleatoria. Imagina que estás en un caminocamina y juegas: lanza una moneda cuatro veces y da un paso a la izquierda por cada cara, y un paso a la derecha por cada cola. Con frecuencia terminarás a dos pasos del punto de partida. De hecho, si multiplicamosdistancia final por sí misma, 2x2 = 4, es igual al número de pasos aleatorios. Esta es la ley de difusión, y gobierna el movimiento de moléculas pequeñas como el agua.
Para los polímeros, tenemos que caminar aleatoriamente a dimensiones más altas. Imagina que estás en una caminata nuevamente, pero esta vez traes a cien amigos y por seguridad, todos se unen con una cuerda. Cada miembro comienza a jugar al azarjuego de caminar, pero la cuerda tiene cierta holgura, por lo que te toma un tiempo sentir el tirón de todo el equipo. Este tipo de movimiento es una caminata aleatoria, incrustada en otra caminata aleatoria más lenta. Aquí debes tomar 4x4 =16 pasos aleatorios para mover una distancia de dos pasos. A continuación, imagine cientos de equipos de cuerda todos tan mezclados que solo tiene espacio para moverse hacia arriba o hacia abajo de la línea de su propio equipo. El efecto de la multitud nos lleva a 16x16 =256 pasos. ¿Puedes adivinar cuántos pasos necesitarías si agregamos una rama adicional a la mitad de cada equipo de cuerda? Sugerencia: no es 256x256 = 65536. Se requieren 65536x65536 = 4.300 millones de intentos aleatorios para obtener solo dos pasos.lejos.
Este resultado ha sido mostrado en un estudio reciente "5D Entanglement in Star Polymer Dynamics", publicado por Airidas Korolkovas en Teoría avanzada y simulaciones , una nueva revista que se centra en los avances en la ciencia del modelado. Se inventó un algoritmo informático único para capturar los miles de millones de pasos necesarios para los polímeros enredados. Se ejecuta en una Unidad de procesamiento gráfico GPU y aprovecha el mapeo de texturas, unfuncionalidad que a menudo se pasa por alto. Originalmente, esta característica fue diseñada para videojuegos, pero aquí se ha reutilizado para calcular las fuerzas moleculares dentro de una pequeña gota de polímero. Usando un modelo de física simplificado, esta simulación se ejecuta cientos de veces más rápido que el código tradicional.abre nuevos horizontes en las escalas de tiempo que pueden abordarse en la informática científica. Esto puede ampliar aún más las fronteras para la última generación de supercomputadoras, como la Cumbre recientemente abierta en Oak Ridge National Lab, EE. UU., que tiene casi 30,000 GPU.
El efecto del enredo de dimensiones superiores se puede observar en la vida real, utilizando un instrumento llamado eco de espín de neutrones. Esta máquina dispara pequeñas partículas subatómicas, llamadas neutrones, y escucha el eco de su espín nuclear mientras se dispersan o rebotanla muestra de polímero. Un buen ejemplo es la línea de luz IN15 en el Institut Laue-Langevin, Francia, donde se descubrió por primera vez el entrelazamiento de polímeros lineales. Gracias a las constantes actualizaciones y a las nuevas instalaciones próximas como la European Spallation Source, Suecia, una prueba experimentalde la predicción de simulación para polímeros en estrella pronto estará al alcance. Una combinación de computación de alto rendimiento y dispersión de neutrones es una poderosa herramienta de descubrimiento de nuevos materiales que mejoran nuestra calidad de vida y respetan el medio ambiente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Uppsala . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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