Séminaire du réalisateur Beckman : Cooper, Saengow

Les boursiers postdoctoraux de l'Institut Beckman, Chai Saengow et Julian Cooper, présenteront le séminaire des directeurs de l'Institut Beckman le jeudi 4 mai à midi au 1005 Beckman et sur Zoom. Le déjeuner sera offert aux participants en personne.

L'inscription est obligatoire pour y assister.

"Tirer parti de la chimie pour produire à grande échelle des matériaux thermodurcissables durables"

Julian CooperLes polymères thermodurcissables sont omniprésents dans notre vie quotidienne. Bien que prisés à la fois pour leurs propriétés mécaniques et leur résistance chimique, les polymères thermodurcis ne disposent pas de stratégies de recyclage efficaces. Les mêmes caractéristiques qui confèrent à ces matériaux réticulés des propriétés souhaitables posent un défi direct à leur recyclage et à leur valorisation ; par conséquent, la plupart des thermodurcissables sont jetés lorsqu’ils ne répondent plus aux besoins de performances. Les approches visant à remédier à ces limitations ont cherché à installer une fonctionnalité chimique spécifique dans le thermodurci qui facilite l'échange de réticulation, permettant le retraitement et le recyclage de ces matériaux lorsque certaines conditions sont remplies. Bien que ces réseaux adaptables covalents représentent une stratégie efficace pour le recyclage et la récupération des thermodurcis, le besoin de fonctionnalités sur mesure limite l’évolutivité de cette approche. Par conséquent, le retraitement des thermodurcissables de base reste un défi largement non résolu. Permettre le retraitement en exploitant les fonctionnalités intrinsèques aux matériaux de base faciliterait leur valorisation et servirait à circulariser le cycle de vie des thermodurcissables. Cette présentation détaillera une approche inattendue mais permettant de retraiter et de régénérer les thermodurcissables à l'aide d'outils inhérents à la fabrication de matériaux. En suivant simplement où la science nous a menés, nous éliminons le besoin d'installer des fonctionnalités prédéfinies pour inculquer des capacités de régénération à un matériau thermodurcissable. Nous explorons les paramètres qui influencent la retraitement et constatons que les conditions utilisées pour fabriquer le matériau influencent grandement la chimie qui permet le retraitement du matériau. Nous exploitons cette compréhension pour réaliser des capacités multigénérationnelles dans les matériaux de base, en récupérant les propriétés à travers les générations. La simplicité de l'approche permet de nouvelles stratégies de gestion de fin de vie pour une variété de thermodurcissables de base facilement évolutifs et constitue une avancée importante pour réaliser un cycle de vie entièrement circulaire pour les polymères thermodurcis.

Julien Cooper est né à Houston, au Texas, en 1992. Il a obtenu sa licence en chimie à l'Université Rice (non loin de chez lui !) en 2014. Après avoir obtenu son diplôme, Julian a poursuivi des études avancées en chimie au Massachusetts Institute of Technology en tant que boursier diplômé de la NSF, où il a complété un doctorat. en chimie avec les Profs. Jeffrey Van Humbeck et Alex Radosevich fin 2019. La même année, Julian a rejoint le groupe de recherche de Jeffrey Moore à l'Université de l'Illinois, où il est actuellement boursier postdoctoral Beckman. Ses recherches exploitent la chimie pour relever les défis de la science des matériaux. En dehors de son travail, Julian aime lire, photographier et jouer au golf.

"Donner de l'extensibilité aux encres colloïdales coincées pour une imprimabilité par écriture directe à l'encre"

Nous introduisons et testons l'hypothèse selon laquelle la rhéologie extensionnelle, ainsi que la limite d'élasticité, sont les deux propriétés rhéologiques clés des encres colloïdales coincées utilisées dans l'impression 3D à écriture directe d'échafaudages osseux implantables à structure en treillis. Guidés par des observations antérieures selon lesquelles les fluides à limite d'élasticité peuvent être conçus avec une extensibilité élevée et qu'une extensibilité plus élevée des fluides à limite d'élasticité à base d'émulsion a permis une impression plus robuste, nous décrivons une étude expérimentale de ces matériaux pâteux qui fait varier la formulation de l'encre et les conditions d'écoulement pour mapper l’imprimabilité à ces propriétés rhéologiques. Les encres sont constituées d'une suspension aqueuse de particules d'hydroxyapatite (le principal minéral de l'os), de forme irrégulière et de taille comprise entre 1 et 10 μm, qui crée un fluide à limite d'élasticité pâteuse et cimentaire. Pour induire la capillarité pour une meilleure croissance osseuse, nous ajoutons des billes sacrificielles de polyméthacrylate de méthyle (PMMA, 5,96 ± 2,00 μm de diamètre) pour créer une microporosité dans les échafaudages finaux. Cette formulation d'encre de base est difficile à imprimer en raison de la rupture fragile du filament si la vitesse de la buse ne correspond pas étroitement à la vitesse moyenne de l'encre extrudée. Nous examinons deux méthodes pour régler l'extensibilité et la limite d'élasticité : (i) l'incorporation d'additifs polymères et (ii) la modulation de l'interaction électrostatique des particules. L'hydroxypropylméthylcellulose sert d'additif polymère, testé à différentes charges. L'acide polyacrylique et la polyéthylèneimine recouvrent les particules de charges négatives et positives, respectivement, pour moduler la limite d'élasticité. En mappant l'imprimabilité aux exigences de conception rhéologique d'extensibilité et de limite d'élasticité, nos résultats montrent comment la modulation de ces deux propriétés rhéologiques clés peut améliorer l'imprimabilité.