高分子/单链高分子纳米粒子复合体系中的界面性质

钱虎军 吕中元

引用本文: 钱虎军, 吕中元. 高分子/单链高分子纳米粒子复合体系中的界面性质[J]. 高分子学报, 2020, 51(1): 55-65. doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.19152 shu
Citation:  Hu-jun Qian, Zhong-yuan Lu. Interface Properties in Polymer/Single-chain Nanoparticle Composite[J]. Acta Polymerica Sinica, 2020, 51(1): 55-65. doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.19152 shu

高分子/单链高分子纳米粒子复合体系中的界面性质

    作者简介: 钱虎军,男,1979年生. 分别于2002年及2007 年在吉林大学获得工学学士及理学博士学位. 2007 ~ 2009年,2009 ~ 2011分别于德国达姆施塔特工业大学化学系和日本名古屋大学化学系从事博士后研究,2011年加入吉林大学理论化学研究所,2015年加入吉林大学超分子材料与结构国家重点实验室,同年任吉林大学教授、博士生导师. 主要从事聚合物结构与动力学模拟、功能高分子材料设计等领域的研究工作. 在Phys. Rev. Lett.、MacromoleculesJ. Chem. Phys.等国际学术期刊发表研究论文50 余篇. 2015 年获国家自然科学基金委优秀青年科学基金支持;
    吕中元,男,1973年生. 分别于1994年及1999 年在吉林大学获得工学学士及理学博士学位. 1999年9月 ~ 2003年3月在德国伍珀塔尔大学物理系从事博士后研究工作。2003年3月任吉林大学副教授,2005年1月至今任吉林大学教授、博士生导师. 主要从事聚合物结构与动力学模拟、多尺度模拟方法与程序开发等领域的研究工作. 在本领域国际学术期刊发表研究论文100 余篇. 2010年获国家杰出青年科学基金支持. 入选第二批“万人计划”科技创新领军人才;
    通讯作者: E-mail: hjqian@jlu.edu.cn; E-mail: luzhy@jlu.edu.cn
摘要: 高分子与纳米粒子复合是改善高分子材料性能的有效途径. 近20年来关于高分子/纳米粒子复合物的研究引起了学术界广泛的兴趣. 然而由于此类体系中的影响因素复杂,虽然学者们在相关材料性能的研究方面取得了重要进展,但是相关理论的发展却相对滞后,其中一个重要原因是实验上表征手段的缺失,导致对体系中纳米粒子与本体高分子链相互作用规律的认识(尤其是两者界面性质的认识)不够. 本文总结和阐述了我们近几年利用分子动力学模拟技术研究高分子/单链高分子纳米粒子复合体系的主要结果,并围绕此类复合体系中的界面结构及动力学性质,讨论并总结了纳米粒子对本体高分子链的作用范围及影响规律,指出单链纳米粒子对熔体链的作用范围与纳米粒子的自身尺寸相当,而与熔体高分子链的分子量没有直接的关系. 该结论将为纳米复合体系高分子理论的发展提供重要参考.

English


    1. [1]

      Giannelis E P, Krishnamoorti R, Manias E. Polymer-silicate nanocomposites: model systems for confined polymers and polymer brushes. In: Granick S, eds. Polymers in Confined Environments. Advances in Polymer Science, Vol 138. Berlin, Heidelberg: Springer, 1999. 107 − 147

    2. [2]

      Kojima Y, Usuki A, Kawasumi M, Okada A, Fukushima Y, Kurauchi T, Kamigaito O. J Mater Res, 1993, 8(5): 1185 − 1189 doi: 10.1557/JMR.1993.1185

    3. [3]

      Tsagaropoulos G, Eisenberg A. Macromolecules, 1995, 28(18): 6067 − 6077 doi: 10.1021/ma00122a011

    4. [4]

      Lee A, Lichtenhan J D. Macromolecules, 1998, 31(15): 4970 − 4974 doi: 10.1021/ma9800764

    5. [5]

      Zheng L, Farris R J, Coughlin E B. Macromolecules, 2001, 34(23): 8034 − 8039 doi: 10.1021/ma0110094

    6. [6]

      Galgali G, Ramesh C, Lele A. Macromolecules, 2001, 34(4): 852 − 858 doi: 10.1021/ma000565f

    7. [7]

      Sternstein S S, Zhu A J. Macromolecules, 2002, 35(19): 7262 − 7273 doi: 10.1021/ma020482u

    8. [8]

      Schaefer D W, Justice R S. Macromolecules, 2007, 40(24): 8501 − 8517 doi: 10.1021/ma070356w

    9. [9]

      Favier V, Chanzy H, Cavaille J Y. Macromolecules, 1995, 28(18): 6365 − 6367 doi: 10.1021/ma00122a053

    10. [10]

      Vaia R A, Giannelis E P. Macromolecules, 1997, 30(25): 7990 − 7999 doi: 10.1021/ma9514333

    11. [11]

      Vaia R A, Giannelis E P. Macromolecules, 1997, 30(25): 8000 − 8009 doi: 10.1021/ma9603488

    12. [12]

      Krishnamoorti R, Giannelis E P. Macromolecules, 1997, 30(14): 4097 − 4102 doi: 10.1021/ma960550a

    13. [13]

      Balazs A C, Singh C, Zhulina E. Macromolecules, 1998, 31(23): 8370 − 8381 doi: 10.1021/ma980727w

    14. [14]

      Ren J X, Silva A S, Krishnamoorti R. Macromolecules, 2000, 33(10): 3739 − 3746 doi: 10.1021/ma992091u

    15. [15]

      Solomon M J, Almusallam A S, Seefeldt K F, Somwangthanaroj A, Varadan P. Macromolecules, 2001, 34(6): 1864 − 1872 doi: 10.1021/ma001122e

    16. [16]

      Bharadwaj R K. Macromolecules, 2001, 34(26): 9189 − 9192 doi: 10.1021/ma010780b

    17. [17]

      Ray S S, Maiti P, Okamoto M, Yamada K, Ueda K. Macromolecules, 2002, 35(8): 3104 − 3110 doi: 10.1021/ma011613e

    18. [18]

      Ray S S, Okamoto K, Okamoto M. Macromolecules, 2003, 36(7): 2355 − 2367 doi: 10.1021/ma021728y

    19. [19]

      Lin Y, Zhou B, Fernando K A S, Liu P, Allard L F, Sun Y P. Macromolecules, 2003, 36(19): 7199 − 7204 doi: 10.1021/ma0348876

    20. [20]

      Liu T X, Phang I Y, Shen L, Chow S Y, Zhang W D. Macromolecules, 2004, 37(19): 7214 − 7222 doi: 10.1021/ma049132t

    21. [21]

      Du F M, Scogna R C, Zhou W, Brand S, Fischer J E, Winey K I. Macromolecules, 2004, 37(24): 9048 − 9055 doi: 10.1021/ma049164g

    22. [22]

      Zhao X, Zhang Q H, Chen D J, Lu P. Macromolecules, 2010, 43(5): 2357 − 2363 doi: 10.1021/ma902862u

    23. [23]

      Kim H, Abdala A A, Macosko C W. Macromolecules, 2010, 43(16): 6515 − 6530 doi: 10.1021/ma100572e

    24. [24]

      Moniruzzaman M, Winey K I. Macromolecules, 2006, 39(16): 5194 − 5205 doi: 10.1021/ma060733p

    25. [25]

      LeBaron P C, Wang Z, Pinnavaia T J. Appl Clay Sci, 1999, 15(1): 11 − 29

    26. [26]

      Alexandre M, Dubois P. Mater Sci Eng, R, 2000, 28(1): 1 − 63

    27. [27]

      Ray S S, Okamoto M. Prog Polym Sci, 2003, 28(11): 1539 − 1641 doi: 10.1016/j.progpolymsci.2003.08.002

    28. [28]

      Winey K I, Vaia R A. MRS Bull, 2007, 32(4): 314 − 319 doi: 10.1557/mrs2007.229

    29. [29]

      Krishnamoorti R, Vaia R A. J Polym Sci, Part B: Polym Phys, 2007, 45(24): 3252 − 3256 doi: 10.1002/polb.21319

    30. [30]

      Tchoul M N, Fillery S P, Koerner H, Drummy L F, Oyerokun F T, Mirau P A, Durstock M F, Richard A V. Chem Mater, 2010, 22(5): 1749 − 1759 doi: 10.1021/cm903182n

    31. [31]

      Tang Zhenghai(唐征海), Guo Baochun(郭宝春), Zhang Liqun(张立群), Jia Demin(贾德民). Acta Polymerica Sinica(高分子学报), 2014, (7): 865 − 877 doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2014.14084

    32. [32]

      You Feng(游峰), Wang Dongrui(王东瑞). Acta Polymerica Sinica(高分子学报), 2014, (7): 878 − 884 doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2014.13395

    33. [33]

      Miziolek A W, Mauro J M, Vaia R A, Karna S P. Defense Applications of Nanomaterials. Washington DC: American Chemical Society, 2005. 82 − 101

    34. [34]

      Mittal V. Polymer Nanotubes Nanocomposites: Synthesis, Properties and Applications, 2nd ed. Beverly: Scrivener Publishing, 2014. 1 − 460

    35. [35]

      Maillard D, Kumar S K, Fragneaud B, Kysar J W, Rungta A, Benicewicz B C, Deng H, Brinson L C, Douglas J F. Nano Lett, 2012, 12(8): 3909 − 3914 doi: 10.1021/nl301792g

    36. [36]

      Guzeyev V, Rafikov M, Malinskii Y. Polym Sci USSR, 1975, 17(4): 923 − 926 doi: 10.1016/0032-3950(75)90263-4

    37. [37]

      Tuteja A, Duxbury P M, Mackay M E. Macromolecules, 2007, 40(26): 9427 − 9434 doi: 10.1021/ma071313i

    38. [38]

      Tan H, Lin Y, Zheng J, Gong J, Qiu J, Xing H, Tang T. Soft Matter, 2015, 11(20): 3986 − 3993 doi: 10.1039/C5SM00244C

    39. [39]

      Schmidt R G, Gordon G V, Dreiss C A, Cosgrove T, Krukonis V J, Williams K, Wetmore P M. Macromolecules, 2010, 43(23): 10143 − 10151 doi: 10.1021/ma1004919

    40. [40]

      Tan H, Xu D, Wan D, Wang Y, Wang L, Zheng J, Liu F, Ma L, Tang T. Soft Matter, 2013, 9(27): 6282 − 6290 doi: 10.1039/c3sm00103b

    41. [41]

      Mangal R, Srivastava S, Archer L A. Nat Commun, 2015, 6: 7198 doi: 10.1038/ncomms8198

    42. [42]

      Kim D, Srivastava S, Narayanan S, Archer L A. Soft Matter, 2012, 8(42): 10813 doi: 10.1039/c2sm26325d

    43. [43]

      Goldansaz H, Goharpey F, Afshar-Taromi F, Kim I, Stadler F J, van Ruymbeke E, Karimkhani V. Macromolecules, 2015, 48(10): 3368 doi: 10.1021/acs.macromol.5b00390

    44. [44]

      Wyart F B, de Gennes P G. Eur Phys J E: Soft Matter Biol Phys, 2000, 1(1): 93 − 97 doi: 10.1007/s101890050011

    45. [45]

      Liu J, Cao D P, Zhang L Q. J Phys Chem C, 2008, 112(17): 6653 − 6661 doi: 10.1021/jp800474t

    46. [46]

      Kalathi J T, Yamamoto U, Schweizer K S, Grest G S, Kumar S K. Phys Rev Lett, 2014, 112: 108301 doi: 10.1103/PhysRevLett.112.108301

    47. [47]

      Chen T, Qian H J, Lu Z Y. J Chem Phys, 2016, 145(10): 106101 doi: 10.1063/1.4962370

    48. [48]

      Cai L H, Panyukov S, Rubinstein M. Macromolecules, 2011, 44: 7853 − 7863 doi: 10.1021/ma201583q

    49. [49]

      Cai L H, Panyukov S, Rubinstein M. Macromolecules, 2015, 48: 847 − 862 doi: 10.1021/ma501608x

    50. [50]

      Yamamoto U, Carrillo J Y, Bocharova V, Sokolov A P, Sumpter B G, Schweizer K S. Macromolecules, 2018, 51(6): 2258 − 2267 doi: 10.1021/acs.macromol.7b02694

    51. [51]

      Griffin P J, Bocharova V, Middleton L R, Composto R J, Clarke N, Schweizer K S, Winey K I. Macromolecules, 2016, 5(10): 1141 − 1145

    52. [52]

      Carroll B, Bocharova V, Carrillo J Y, Kisliuk A, Cheng S, Yamamoto U, Schweizer K S, Sumpter B G, Sokolov A P. Macromolecules, 2018, 51(6): 2268 − 2275 doi: 10.1021/acs.macromol.7b02695

    53. [53]

      Bailey E J, Griffin P J, Composto R J, Winey K I. Macromolecules, 2019, 52(5): 2181 − 2188 doi: 10.1021/acs.macromol.8b02646

    54. [54]

      Cheng S, Xie S, Carrillo J Y, Carroll B, Martin H, Cao P F, Dadmun M D, Sumpter B G, Novikov V N, Schweizer K S, Sokolov A P. ACS Nano, 2017, 11(1): 752 − 759 doi: 10.1021/acsnano.6b07172

    55. [55]

      Cheng S, Bocharova V, Belianinov A, Xiong S, Kisliuk A, Somnath S, Holt A P, Ovchinnikova O S, Jesse S, Martin H, Etampawala T, Dadmun M, Sokolov A P. Nano Lett, 2016, 16(6): 3630 − 3637 doi: 10.1021/acs.nanolett.6b00766

    56. [56]

      Carroll B, Cheng S, Sokolov A P. Macromolecules, 2017, 50(16): 6149 − 6163 doi: 10.1021/acs.macromol.7b00825

    57. [57]

      Cheng S, Carroll B, Lu W, Fan F, Carrillo J M Y, Martin H, Holt A P, Kang N G, Bocharova V, Mays J W, Sumpter B G, Dadmun M, Sokolov A P. Macromolecules, 2017, 50(6): 2379 − 2406

    58. [58]

      Cheng S, Carroll B, Bocharova V, Carrillo J M Y, Sumpter B G, Sokolov A P. J. Chem Phys, 2017, 146(20): 203201 doi: 10.1063/1.4978504

    59. [59]

      Ndoro T V M, Böhm M C, Müller-Plathe F. Macromolecules, 2012, 45(1): 171 − 179 doi: 10.1021/ma2020613

    60. [60]

      Ndoro T V M, Voyiatzis E, Ghanbari A, Theodorou D N, Böhm M C, Müller-Plathe F. Macromolecules, 2011, 44(7): 2316 − 2327 doi: 10.1021/ma102833u

    61. [61]

      Ghanbari A, Ndoro T V M, Leroy F, Rahimi M, Böhm M C, Müller-Plathe F. Macromolecules, 2012, 45(1): 572 − 584 doi: 10.1021/ma202044e

    62. [62]

      Eslami H, Rahimi M, Müller-Plathe F. Macromolecules, 2013, 46(21): 8680 − 8692 doi: 10.1021/ma401443v

    63. [63]

      Eslami H, Müller-Plathe F. J Phys Chem C, 2013, 117(10): 5249 − 5257 doi: 10.1021/jp400142h

    64. [64]

      Mackay M E, Dao T T, Tuteja A, Ho D L, van Horn B, Kim H C, Hawker C J. Nat Mater, 2003, 2(11): 762 − 766 doi: 10.1038/nmat999

    65. [65]

      Tuteja A, Mackay M E, Hawker C J, van Horn B. Macromolecules, 2005, 39(19): 8000 − 8011

    66. [66]

      Chen T, Qian H J, Lu Z Y. Macromolecules, 2015, 48(8): 2751 − 2760 doi: 10.1021/ma502383n

    67. [67]

      Chen T, Qian H J, Lu Z Y. Chem Phys Lett, 2017, 687: 96 − 100 doi: 10.1016/j.cplett.2017.09.010

    68. [68]

      Jia X M, Shi R, Jiao G S, Chen T, Qian H J, Lu Z Y. Macromol Chem Phys, 2017, 218(16): 1700029 doi: 10.1002/macp.201700029

    69. [69]

      Tuteja A, Duxbury P M, Mackay M E. Phys Rev Lett, 2008, 100: 077801 doi: 10.1103/PhysRevLett.100.077801

    70. [70]

      Gong S, Chen Q, Moll J F, Kumar S K, Colby R H. ACS Macro Lett, 2014, 3(8): 773 − 777 doi: 10.1021/mz500252f

    71. [71]

      Cheng S, Carroll B, Lu W, Fan F, Carrillo J M Y, Martin H, Holt A P, Kang N G, Bocharova V, Mays J W, Sumpter B G, Dadmun M, Sokolov A P. Macromolecules, 2017, 50(6): 2397 − 2406 doi: 10.1021/acs.macromol.6b02816

    72. [72]

      Jimenez A M, Zhao D, Misquitta K, Jestin J, Kumar S K. ACS Macro Lett, 2019, 8(2): 166 − 171 doi: 10.1021/acsmacrolett.8b00877

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  • 发布日期:  2020-01-01
  • 收稿日期:  2019-08-14
  • 修回日期:  2019-10-12
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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