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(xué)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(biāo)題為“通過(guò)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(yīng)論文在Nature Communications中公開(kāi)。

為了構(gòu)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(wú)機(jī)金屬或金屬氧化物納米顆?？梢砸愿鞣N形狀產(chǎn)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?？邓固勾拇髮W(xué)化學(xué)材料科學(xué)教授Stefan Mecking說(shuō)：“在以前的方法中，單鏈粒子是通過(guò)后聚合塌陷制備的，或者是由單獨(dú)合成鏈的溶液組裝而成。我們?cè)O(shè)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(guān)的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)可以持續(xù)數(shù)小時(shí)并且達(dá)到非常高的分子量的活鏈和顆粒生長(zhǎng)，理想地產(chǎn)生超高分子量聚乙烯的單鏈納米晶體。為此，研究人員開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的催化劑。“然后我們進(jìn)行了一系列壓力反應(yīng)器測(cè)試，以確定在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持催化活性的理想條件，并深入了解鏈和顆粒生長(zhǎng)過(guò)程，”Mecking解釋道。“除了新型催化劑外，控制反應(yīng)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(gè)關(guān)鍵因素。”

UHMWPE納米晶的TEM圖像。a-d在不同反應(yīng)時(shí)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(guò)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(jié)構(gòu)(條目2(e)和7(f)，表2)，顆粒邊界用紅色標(biāo)記。

與許多后聚合程序相反，Stefan Mecking和他的團(tuán)隊(duì)闡述的水性聚合程序產(chǎn)生高顆粒數(shù)密度，這與用于涂料，油漆和其他應(yīng)用的商業(yè)聚合物分散體相當(dāng)。使用透射電子顯微鏡(TEM)，研究人員能夠確認(rèn)由此產(chǎn)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(wú)機(jī)納米粒子組件不完全匹配，但它們看起來(lái)非常有前景，”Mecking總結(jié)道。“隨著時(shí)間的推移，我們對(duì)使用水性催化聚合制備各向異性聚合物納米晶體的見(jiàn)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。”