爱游戏在线登录:Nature Communications：纳米红外研讨无机纳米颗粒-聚合物复合资料界面效应

时间：2024-10-18 04:46:36 | 作者：来源：爱游戏体育在线登录作者：爱游戏体育官方网站入口

Nature Communications：纳米红外研讨无机纳米颗粒-聚合物复合资料界面效应

、电学和热学功能。纳米颗粒和聚合物之间的界面效应通常被认为是完成这些功能增强的重要的条件。但是，怎么了解界面效应以及界面微区的结构与功能是聚合物纳米复合资料范畴长时间面对的基础性难题。近期，来自武汉理工大学、清华大学、伍伦贡大学

科学家们将Bruker的光热诱导纳米红外技能与其他先进的技能相结合，直接探究纳米颗粒-聚合物纳米级界面区域。研讨之后发现无机纳米颗粒与聚合物基体的界面存在强极性构型的“双界面层”结构，包括10纳米厚的内层和大于100纳米的外层界面。分子动力学及相场模仿依据成果得出纳米颗粒外表电势以及颗粒间隔的协同效果是构成界面极性构型的关键效果机制。这项研讨的成果有助于说明界面处的彼此效果机制，并为制备纳米复合资料以取得最佳功能供给有价值的见地。使用无机纳米粒子/

TiO2纳米颗粒。其间PVDF膜层的厚度低于纳米颗粒的直径，使TiO2可以暴露在膜层外表（图1a）。图1b，c样品外表和横截面的SEM图画显现颗粒外表存在约10nm的包裹层。HADDF和碳成像图（图1d，f）进一步标明10nm的结合层富含碳元素，为有机碳链键合在纳米颗粒外表。选用布鲁克nanoIR3纳米红外体系进一步研讨了界面区域的化学结构（图1ef）。选用PVDF极性构象的波数（866cm-1）和非极性构象的吸收波数（766cm-1）进行红外成像，别离对应图1f中图和右图。红外成像图显现纳米颗粒周围存在100nm以上强极性构象区域。压电力显微镜（PFM）收集平行于膜平面和垂直于膜平面的L-PFM图画及面外V-PFM图画，成果显现颗粒的L-PFM出现一半亮一半暗的结构，V-PFM出现全亮的结构。标明纳米颗粒/聚合物的内层界面区域内偶极子的极化方向垂直于纳米颗粒外表。归纳以上的观测成果，作者提醒了无机纳米颗粒与聚合物基体的界面存在强极性构型的“双界面层”结构，由10nm的极性偶极子内层界面的和100nm强极性构象的外层界面组成。

进一步研讨了纳米颗粒的间隔对界面效应的影响（图2）。间隔较远的纳米颗粒会构成强极性构象结构界面（图2b左图）；间隔相对较近的纳米颗粒，其界面区域彼此堆叠，将按捺极性构象的构成（图2b中图）；纳米颗粒彼此连接时，界面区域也倾向于彼此兼并（图2b右图）。FTIR检测不同TiO2纳米颗粒含量的微观资料中极性构象的份额（840 cm−1/766 cm−1及1279 cm−1/766 cm−1峰强比），TiO2纳米颗粒含量0.35%时极性构象最多，持续添加纳米颗粒含量，因为纳米颗粒间隔变小，界面区域彼此堆叠使极性构象含量下降。分子动力学及相场模仿标明极性构象界面的构成取决于纳米颗粒外表电势以及颗粒间隔的协同效果。图2

复合资料界面极性区域选用纳米叠层规划（Al2O3/PVDF/ Al2O3）表征单一界面层的奉献。纳米叠层纳米复合资料的介电常数εr与PVDF的膜厚具有很大的相关性，并跟着PVDF膜厚的减小而添加。因为界面极性层的影响，纳米叠层纳米复合资料显现出比Al2O3（εr~9.8）和PVDF（εr~7.8）更高的εr。而Al2O3 (15 nm)/PVDF (10 nm)/Al2O3 (15 nm)/PVDF (10 nm)/Al2O3 (15 nm)，包括两层内层界面层结构，表现出86 J/cm3的超高介电单位体积内的包括的能量，远高于文献报导的纳米复合资料的介电单位体积内的包括的能量。一起具有76%的能量功率，与大多数介电聚合物或纳米复合资料适当。