研究人員創(chuàng)造了均勻形狀的聚合物納米晶體

康斯坦茨大學的一組研究人員展示了一種新的水性聚合方法，用于生成具有單鏈和均勻形狀的聚合物納米顆粒，與之前的方法相比，它涉及高顆粒濃度。標題為“通過活性水性催化聚合的均勻形狀單分散單鏈納米晶體”的相應論文在Nature Communications中公開。

為了構建納米材料，需要具有均勻形狀和尺寸的納米顆粒。雖然適合于組裝的無機金屬或金屬氧化物納米顆粒可以以各種形狀產生，但是迄今為止制造除球形以外的形狀的聚合物納米顆粒是非常困難的。康斯坦茨大學化學材料科學教授Stefan Mecking說：“在以前的方法中，單鏈粒子是通過后聚合塌陷制備的，或者是由單獨合成鏈的溶液組裝而成。我們設法做的是直接證明聚合成單鏈均勻形狀的單分散納米晶體用于聚乙烯，這是最大和最重要的合成聚合物 材料。”

與該方法相關的一個主要挑戰(zhàn)是實現(xiàn)可以持續(xù)數(shù)小時并且達到非常高的分子量的活鏈和顆粒生長，理想地產生超高分子量聚乙烯的單鏈納米晶體。為此，研究人員開發(fā)了先進的催化劑。“然后我們進行了一系列壓力反應器測試，以確定在較長時間內保持催化活性的理想條件，并深入了解鏈和顆粒生長過程，”Mecking解釋道。“除了新型催化劑外，控制反應混合物的膠體狀態(tài)是獲得所需水性顆粒分散體的另一個關鍵因素。”

UHMWPE納米晶的TEM圖像。a-d在不同反應時間后從水聚合獲得的納米晶體，顯示尺寸和形狀的演變(條目1(a)，3(b)，5(c)和7(d)，表2); e，f通過干燥具有不同尺寸的均勻顆粒分散體形成的具有短程有序的層狀結構(條目2(e)和7(f)，表2)，顆粒邊界用紅色標記。

與許多后聚合程序相反，Stefan Mecking和他的團隊闡述的水性聚合程序產生高顆粒數(shù)密度，這與用于涂料，油漆和其他應用的商業(yè)聚合物分散體相當。使用透射電子顯微鏡(TEM)，研究人員能夠確認由此產生的顆粒由單鏈組成，顯示均勻的形狀和尺寸分布，并且不聚集。

“盡管我們的組件可能與廣泛優(yōu)化的無機納米粒子組件不完全匹配，但它們看起來非常有前景，”Mecking總結道。“隨著時間的推移，我們對使用水性催化聚合制備各向異性聚合物納米晶體的見解可能使我們能夠創(chuàng)建基于納米粒子組裝的聚合物材料。”