Macromolecules：纳米粒子在聚合物溶液中空间堆积的热力学参数

尽管聚合物纳米复合材料（PNCs）具有前所未有的潜力，但尚未达到预期的工业用途。而纳米粒子（NPs）在聚合物基体中的空间组织控制不足被认为是PNC进一步应用的瓶颈。

近日，捷克布尔诺理工大学Klara Zarybnicka报道了对任一聚合物溶液中的纳米复合材料（NC）结构的热力学参数进行了研究。

文章要点

1）深入考察了聚合物−粒子−溶剂相互作用对NPs在PNCs中最终分散的影响。研究方法是基于评估纳米颗粒的表面电荷（ζ-电势）和确定聚合物、纳米颗粒和制备过程中使用的溶剂之间的溶解度参数的差异。

2）研究人员研究了四种不同的聚合物基体，即聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚醋酸乙烯酯（PVAc）、聚碳酸酯（PC）和聚苯乙烯（PS），以及三种类型的纳米粒子：球形胶体纳米二氧化硅和气相法纳米二氧化硅，以及在不同溶剂中掺杂功能ZnO₂的Al₂O₃纳米粒子。用溶解度参数和ζ-电势估算了PNC溶液中存在的总体相互作用平衡，并描述了NC固化后对最终NPs分散的影响。此外，由于聚合物链在NP表面的吸附，氢键在PNC结构的形成中也起着重要的作用。

3）在广泛的组成和制备条件下阐述的概括性特征将有助于促进对NP在聚合物液体中自组装的基本理解。此外，所提出的溶剂−聚合物−颗粒相互作用强度、NP空间组织、链刚度和弛豫性能之间的关系（通过比较不同基质的PNC）将为阐述PNC的结构-性质功能提供新的证据。作为补充，研究人员阐明了在二氧六环中制备的球形纳米粒子的自组装过程组成的各向异性微结构。

Klara Zarybnicka, et al, Thermodynamic Parameters Controlling Nanoparticle Spatial Packing in Polymer Solutions, Macromolecules, 2020

DOI：10.1021/acs.macromol.0c00698

https://dx.doi.org/10.1021/acs.macromol.0c00698