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Nanopartikel-Polymer-Verbundstoffe oder Polymer-Nanopartikel-Verbundstoffe (PNCs) zeigen ungewöhnliche mechanische und dynamische Eigenschaften, wenn die Partikelgröße den zufälligen Coil-Dimensionen des Wirts-Polymers nahe kommt. Hier nutzen wir vorteilhafte enthalpische Wechselwirkungen zwischen partikelgebundenen und freien Wirts-Polymerketten, um Modell-PNCs zu erstellen, in denen kugelförmige Nanopartikel gleichmäßig in hochmolekularen verwobenen Polymeren dispergiert sind. Die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften dieser Modell-PNCs zeigt, dass die Nanopartikel tiefgreifende Auswirkungen auf die Bewegungen des Wirts-Polymers über alle Zeitskalen haben. Auf kurzen Zeitskalen verlangsamen Nanopartikel die lokale Dynamik der Wirts-Polymersegmente und senken die Glasübergangstemperatur. Auf mittleren Zeitskalen, bei denen die Bewegung der Polymerketten typischerweise durch Verknotungen mit umgebenden Molekülen eingeschränkt ist, bieten Nanopartikel zusätzliche Einschränkungen, die zu einem vorzeitigen Beginn der dynamischen Eigenschaften von verwobenen Polymeren führen. Schließlich führen die Nanopartikel auf langen Zeitskalen zu einer scheinbaren Beschleunigung der Relaxation ihres Polymerwirts.
Mangal et al. (Fr,) untersuchten diese Frage.
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