Dynamics of polymer segments, polymer chains, and nanoparticles in polymer nanocomposite melts: A review

聚合物 纳米颗粒 材料科学 分子动力学 聚合物纳米复合材料 纳米复合材料 化学物理 动力学(音乐) 多尺度建模 纳米技术 复合材料 化学 物理 计算化学 声学
作者
Eric Bailey,Karen I. Winey
出处
期刊:Progress in Polymer Science [Elsevier]
卷期号:105: 101242-101242 被引量:246
标识
DOI:10.1016/j.progpolymsci.2020.101242
摘要

The addition of nanoparticles (NPs) to a polymer matrix, forming a polymer nanocomposite (PNC), is known to alter the microscopic dynamic processes of both species which leads to unique macroscopic material properties of the PNC. Because the NPs and polymers have overlapping characteristic length, time, and energy scales, the interactions within these materials are complex and the dynamics are interrelated. In this review, we present an overview of experimental, simulation, and theoretical results that probe multi-scale polymer and nanoparticle dynamics in polymer nanocomposites and navigate the dense parameter space presented by these multicomponent systems. Although a variety of PNC systems are mentioned, we focus this discussion on linear thermoplastics filled with hard spherical or cylindrical NPs in the melt state. We begin by introducing PNCs, the dynamic processes within them, and the importance of dynamics for properties and processing. At the smallest length and time scales, we discuss segmental dynamics in PNCs, including the role of polymer attributes, NP attributes, and NP-polymer interactions. Then, we present measurements of collective motions and intermediate (Rouse) dynamics in various PNC materials. At longer length and time scales, we discuss polymer center-of-mass diffusion in PNCs with either spherical or anisotropic NPs. We then explore the dynamics of the NPs in PNCs and polymer melts, including theoretical predictions, simulation results, and experimental observations. Finally, we note some of the remaining challenges in probing dynamics in PNC materials and fundamentally studying PNCs more generally.
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