Seminario del direttore di Beckman: Cooper, Saengow

I borsisti post-dottorato del Beckman Institute Chai Saengow e Julian Cooper presenteranno il seminario del direttore del Beckman Institute a mezzogiorno di giovedì 4 maggio a 1005 Beckman e su Zoom. Il pranzo sarà offerto ai partecipanti di persona.

Per partecipare è necessaria la registrazione.

"Sfruttare la chimica per produrre materiali termoindurenti sostenibili su larga scala"

I polimeri termoindurenti di Julian Cooper sono onnipresenti nella nostra vita quotidiana. Sebbene apprezzati sia per le loro proprietà meccaniche che per la resistenza chimica, i polimeri termoindurenti mancano di strategie di riciclaggio efficaci. Le stesse caratteristiche che conferiscono a questi materiali reticolati proprietà desiderabili pongono una sfida diretta al loro riciclaggio e recupero; di conseguenza, la maggior parte dei termoindurenti viene scartata quando non soddisfa più le esigenze prestazionali. Gli approcci per affrontare queste limitazioni hanno cercato di installare una funzionalità chimica specifica nel termoindurente che facilita lo scambio di reticolazione, consentendo il ritrattamento e il riciclaggio di questi materiali quando vengono soddisfatte determinate condizioni. Sebbene queste reti covalenti adattabili rappresentino una strategia efficace per il riciclaggio e il recupero di materiali termoindurenti, la necessità di funzionalità su misura limita la scalabilità di questo approccio. Di conseguenza, il ritrattamento dei materiali termoindurenti rimane una sfida in gran parte irrisolta. Abilitare la riprocessabilità sfruttando la funzionalità intrinseca dei materiali di base faciliterebbe il loro recupero e servirebbe a circolarizzare il ciclo di vita del termoindurente. Questa presentazione descriverà nel dettaglio un approccio inaspettato ma abilitante per rielaborare e rigenerare i materiali termoindurenti utilizzando strumenti inerenti alla produzione dei materiali. Seguendo semplicemente dove ci ha portato la scienza, eliminiamo la necessità di installare funzionalità predefinite per instillare capacità rigenerative in un materiale termoindurente. Esploriamo i parametri che influenzano la riprocessabilità e scopriamo che le condizioni utilizzate per produrre il materiale influenzano notevolmente la chimica che consente la rielaborazione del materiale. Sfruttiamo questa comprensione per realizzare capacità multigenerazionali nei materiali di base, recuperando le proprietà attraverso le generazioni. La semplicità dell’approccio consente nuove strategie di gestione del fine vita per una varietà di materiali termoindurenti facilmente scalabili e costituisce un importante progresso per realizzare un ciclo di vita completamente circolare per i polimeri termoindurenti.

Giuliano Cooper è nato a Houston, Texas, nel 1992. Ha conseguito la laurea in chimica presso la Rice University (non lontano da casa!) nel 2014. Dopo la laurea, Julian ha proseguito gli studi avanzati in chimica presso il Massachusetts Institute of Technology come ricercatore NSF, dove ha completato un dottorato di ricerca. in chimica con i Proff. Jeffrey Van Humbeck e Alex Radosevich alla fine del 2019. Nello stesso anno, Julian si è unito al gruppo di ricerca di Jeffrey Moore presso l'Università dell'Illinois, dove attualmente è borsista post-dottorato Beckman. La sua ricerca sfrutta la chimica per affrontare le sfide nella scienza dei materiali. Fuori dal lavoro, Julian ama leggere, fotografare e giocare a golf.

"Conferire estensibilità agli inchiostri colloidali inceppati per la stampabilità con la scrittura diretta dell'inchiostro"

Introduciamo e testiamo l’ipotesi che la reologia estensionale, così come lo stress da snervamento, sono le due proprietà reologiche chiave per gli inchiostri colloidali inceppati utilizzati nella stampa 3D a scrittura diretta di scaffold ossei impiantabili con struttura reticolare. Guidati da osservazioni precedenti secondo cui i fluidi con stress di snervamento possono essere progettati con elevata estensibilità e che una maggiore estensibilità dei fluidi con stress di snervamento basati su emulsione ha consentito una stampa più robusta, descriviamo uno studio sperimentale di questi materiali pastosi che varia la formulazione dell'inchiostro e le condizioni di flusso per mappare la stampabilità su queste proprietà reologiche. Gli inchiostri sono costituiti da una sospensione acquosa di particelle di idrossiapatite (il principale minerale delle ossa), di forma irregolare e di dimensioni 1-10μm, che crea un fluido tensionale di snervamento pastoso cementizio. Per indurre la capillarità per una migliore crescita ossea, aggiungiamo perline sacrificali di polimetilmetacrilato (PMMA, 5,96 ± 2,00μm di diametro) per creare microporosità negli scaffold finali. Questa formulazione di base dell'inchiostro è difficile da stampare a causa della fragile rottura del filamento se la velocità dell'ugello non corrisponde strettamente alla velocità media dell'inchiostro estruso. Esaminiamo due metodi per ottimizzare l'estensibilità e lo stress di snervamento: (i) incorporando additivi polimerici e (ii) modulando l'interazione delle particelle elettrostatiche. L'idrossipropilmetilcellulosa funge da additivo polimerico, testato con carichi diversi. L'acido poliacrilico e la polietilenimmina rivestono le particelle rispettivamente con carica negativa e positiva, per modulare lo stress da snervamento. Mappando la stampabilità ai requisiti di progettazione reologica di estensibilità e stress di snervamento, i nostri risultati mostrano come la modulazione di queste due proprietà reologiche chiave possa migliorare la stampabilità.