微米和纳米科技材料

杭州师范大学李勇进团队在反应性纳米粒子增容研究方面取得新进展

利用无机纳米粒子(NP)增容不相容共混体系不仅能有效改善共混物的相容性,而且能使NP在极低逾渗阈值下形成网络,是实现材料功能化、高性能化的有效途径。然而,通常无机纳米粒子在界面上的富集是通过调节润湿系数实现的,并非真正意义上的热力学增容。

近期,杭州师范大学李勇进教授团队提出通过反应性加工实现“Janus界面粒子增容”的新方法。图1所示,通过反应性共混可原位形成具有Janus壳构造杂化纳米粒子(JNp):JNp能够热力学稳定于两相界面,并通过表面接枝链段分别于共混体系两相发生物理缠结,起到高效增容的效果。(相关已发表工作:ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 14358; Polymer 2017, 132, 353; Acta Polym. Sin.2017, 2, 334.)

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▲ 图1. 反应性纳米粒子对不相容体系的增容及Janus界面纳米粒子形成示意图

李勇进教授团队进一步发现,JNp增容的共混体系相较于传统NP(e.g. SiO2, g-Np)填充体系具有不同的流变响应性。通过小振幅剪切震荡(SAOS)、蠕变-回复以及应力松弛测试发现,在极低JNp含量 (φ≤1%)下,该体系粘弹性显著变化,表现出典型“类固体”性质(图2)。

杭州师范大学李勇进团队在反应性纳米粒子增容研究方面取得新进展

图2.“界面纳米粒子”增容不相容聚偏氟乙烯(PVDF)/聚乳酸(PLLA)的微观形貌(I)及其流变响

同时,结合Cole-Cole,vGp,Han’s图及|η*(ω)| versus |G*(ω)|图等流变特征函数,提出反应性纳米粒子增容体系的非均相杂化网络结构(“Heterogeneous Network”)模型。如图3所示,JNp在共混物中稳定而有序地排列于界面上,且JNp表面高分子链分别与共混体系各组份发生物理缠结,形成NP与高分子链结合的杂化网络结构。该网络中JNp作为物理交联点,将纳米粒子与高分子基底桥接起来,形成三维贯穿非均相网络,使体系粘弹性发生显著改变,各组份分子链松弛受到抑制。该研究结果已在线发表在《Macromolecules》上(Macromolecules 2017,DOI: 10.1021/acs. macromol.7b02143),博士生王亨缇为论文第一作者。

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▲图 3. “Heterogeneous Network”形成示意图

除上述基础研究结果外,团队还先后申请和获得多项相关国家发明专利项。目前正和企业合作,推动反应纳米粒子增容的工业应用。该工作得到该国家自然科学基金(21674033,51173036)的资助。

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来源:高分子科学前沿 微信公众号

投稿 荐稿 合作:editor@polysci.cn

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