纳米粒子在支化聚合物基体中分散与迁移行为

聚合物与纳米粒子在纳米尺度上的复合体系表现出许多新奇的现象，这些对于材料科学的发展和应用具有重要的价值。纳米粒子的可控分散及其分散状态稳定性的调控一直是重要的科学问题。然而，目前的研究体系主要以线形聚合物为主，对于具有支化结构的聚合物体系鲜有报道。本项目研究具有不同形状（球形、管状、层状）和不同尺寸的纳米粒子在支化型聚合物基体内分散行为，利用多种表征手段阐明聚合物分子链支化结构对于纳米粒子分散状态的作用。重点研究支化链长度和支化数对于纳米复合体系中纳米粒子迁移行为的影响，进一步研究利用聚合物分子链的拓扑结构调控并稳定纳米复合材料相结构的方法，探索聚合物纳米复合体系相结构调控的新机制，为制备高性能化与智能化的聚合物纳米复合材料奠定理论基础。

纳米粒子的可控分散及其分散状态的调控在高性能化与智能化材料制备方面具有重要作用。本项目主要研究具有不同形状（球形、管状、层状）的纳米粒子在支化型聚合物基体内分散行为，阐明聚合物分子链支化结构对于纳米粒子分散状态、迁移行为的作用，探索聚合物纳米复合体系相结构调控的新机制。为了实现预期目标，选择研究体系至关重要，包括：支化聚合物的合成与表征、纳米粒子的制备与改性，以及支化聚合物/纳米粒子复合体系的制备与复合体系初始态的设计。围绕研究目标，本项目重点开展了不同组成的长链支化聚合物的合成，包括合成方法探索和相关系列样品制备；同时完成了典型纳米粒子合成及表面改性工作。探索研究了具有不同支化结构（星形与线性对比）的聚合物与纳米粒子形成的复合体系中纳米粒子分散行为和迁移行为。项目取得了以下三方面的重要成果：1、利用锆氢试剂加成方法建立了合成支化聚合物的新途径；2、阐明了在静态退火过程中，层状纳米粒子在星形聚合物基体中分散和迁移行为的动力学驱动力，合理解释了星形聚合物/层状纳米粒子复合体系与线性聚合物/层状纳米粒子复合体系相行为差别的机制；3、发现球形纳米粒子对于星形聚合物熔体流变行为的独特作用，并对可能的机理进行了分析讨论。本项目研究结果对于进一步研究利用聚合物分子链的拓扑结构调控并稳定纳米复合材料相结构，探索聚合物纳米复合体系相结构调控的新机制奠定了理论基础。