限制对溶剂驱动聚合物(SIP)渗入纳米颗粒填充体系的影响
材料科学
2020-09-11 v1 介观与纳米尺度物理
软凝聚态物质
摘要
在聚合物基体中含有高体积分数（> 50vol%）纳米颗粒（NPs）的纳米复合薄膜因其功能性和作为结构涂层的用途而极具前景，同时也为理解强限制下的聚合物行为提供了独特平台。此前，我们开发了一种在室温下利用溶剂驱动聚合物（SIP）渗入 NP 填充体系来制造此类纳米复合材料的新技术。在 SIP 过程中，由底层聚合物薄膜和致密 NP 填充层组成的双层结构暴露于溶剂蒸气中，这会引发溶剂凝结到填充层的空隙中。凝结的溶剂使底层聚合物薄膜塑化，诱导聚合物渗入 NP 填充层中充满溶剂的空隙。在这项工作中，我们研究了限制对 SIP 动力学以及聚合物在 NP 填充层间隙中最终分配的影响。我们发现，虽然 SIP 期间渗入的动力学强烈依赖于限制，但最终渗入程度与限制无关。渗入时间随限制服从幂律关系，其中限制由链尺寸与孔尺寸之比定义。在定性上，观察到的时间尺度归因于渗入进行时浓度状态的变化，这导致系统中特征长度尺度随时间发生偏移。当孔内浓度超过临界重叠浓度时，聚合物的特征长度尺度不再是整个链的尺寸，而是小于孔尺寸的相关长度。因此，在长时间下，渗入程度与限制比无关。此外，聚合物与纳米颗粒之间有利的表面相互作用促进了其向 NP 填充层中的分配。
引用
@article{arxiv.2005.01858,
title = {Effect of Confinement on Solvent-driven Infiltration of Polymer (SIP) into Nanoparticle Packings},
author = {Neha Manohar and Kathleen J. Stebe and Daeyeon Lee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.01858},
year = {2020}
}
备注
8 pages, 5 figures. Supporting Information: 4 pages, 3 figures