ACS Nano 意外之获：小纳米颗粒的大效应，高分子纳米复合材料性能调控有新方

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直到最近，研究人员都还一直认为一定存在一个最佳的纳米颗粒尺寸，低于这个尺寸之后的小纳米颗粒趋向于在低荷载的情况下塑化、高荷载情况下团聚，二者均会破坏高分子复合物的宏观性质。这个由URNL领导的研究团队比较了分别包含直径为1.5nm和25nm（目前常用的纳米颗粒尺寸范围为10-50nm）的纳米颗粒的高分子纳米复合物的性质。 结果发现包含小颗粒的高分子复合物性能有所改善，其中之一还打破了记录：将材料的温度提升10℃就可以导致复合物的粘度快速下降百万倍，而纯高分子或者含有大纳米颗粒的复合物要达到相同的效应至少需要升高温度30℃。

“现在我们意识到我们可以调控纳米颗粒的移动性——通过改变纳米颗粒尺寸改变它们的移动速度，通过改变它们的表面性质来改变它们与高分子之间的相互作用。”ORNL和UTK的AlexeiSokolov说道，“使用小的纳米颗粒，我们可以在更大范围内调控高分子复合物的性质。”

▲ 纳米颗粒尺寸对高分子复合物性能的影响（图片来源ACSNano）

实际上，这样一项研究需要来自材料科学、化学、物理、计算科学与理论等领域的专家。“ORNL的主要优点就是我们能够组建成一个大的合作团队。”Sokolov说道。

Cheng及UTK的BobbyCarroll与Sokolov一起完成了他们设计的实验。他们使用宽带介电谱追踪了与纳米颗粒相互作用的高分子链段的移动，使用量热法检测了固体复合物转变为液体的温度，同时使用小角X射线散射表征了纳米颗粒在高分子中的分布。为了更好地明白实验结果，并将它们与基本的作用力、动力学及结构相联系，研究团队还进行了大规模的建模与仿真。

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