Bioinspired Organic Porous Coupling Agent for Enhancement of Nanoparticle Dispersion and Interfacial Strength

材料科学 纳米颗粒 聚合物 复合材料 复合数 色散(光学) 多孔性 纳米复合材料 化学工程 纳米技术 光学 物理 工程类
作者
Qi Jia,Yanchuan Zhao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (5): 6403-6413 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.3c17111
摘要

Composite materials have significantly advanced with the integration of inorganic nanoparticles as fillers in polymers. Achieving fine dispersion of these nanoparticles within the composites, however, remains a challenge. This study presents a novel solution inspired by the natural structure of Xanthium. We have developed a polymer of intrinsic microporosity (PIM)-based porous coupling agent, named PCA. PCA's rigid backbone structure enhances interfacial interactions through a unique intermolecular interlocking mechanism. This approach notably improves the dispersion of SiO2 nanoparticles in various organic solvents and low-polarity polymers. Significantly, PCA-modified SiO2 nanoparticles embedded in polyisoprene rubber showed enhanced mechanical properties. The Young's modulus increases to 30.7 MPa, compared to 5.4 MPa in hexadecyltrimethoxysilane-modified nanoparticles. Further analysis shows that PCA-modified composites not only become stiffer but also gain strength and ductility. This research demonstrates a novel biomimetic strategy for enhancing interfacial interactions in composites, potentially leading to stronger, more versatile composite materials.
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