傳統(tǒng)顆粒材料是指一類以較大尺寸(通常大于1微米)的、離散的粒子作為構(gòu)建單元堆積形成的聚集體。值得注意的是,當(dāng)粒子的尺寸減小到納米尺度甚至亞納米尺度時,其擴散運動所需的能量與室溫下的熱擾動接近,進(jìn)而展現(xiàn)出獨特的宏觀性能和調(diào)控機制。結(jié)合精確的化學(xué)修飾手段,亞納米顆粒常被用作基元去構(gòu)筑具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與尺寸的軟簇,并且這類材料展示出更為豐富的力學(xué)特性——從脆性到粘彈性。但是目前對于軟簇材料構(gòu)效關(guān)系的研究主要基于協(xié)同玻璃理論,且只適用于具有不同尺寸的球形結(jié)構(gòu)的軟簇,尚不能解釋啞鈴型,棒狀軟簇獨特的粘彈性性質(zhì)。
圖1(a)銅納米籠示意圖(b)聚降冰片烯示意圖(c)用于模板體系的亞納米顆;,POSS(多面體低聚倍半硅氧烷)(d-f)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)軟簇在亞納米顆粒熔體中的分散情況,其中紅色圓圈區(qū)域為提供受限作用的微相區(qū)(g-i)計算Va值使用的結(jié)構(gòu)關(guān)系(j)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下Va/Ve與連接子長度的關(guān)系。
針對以上問題,華南理工大學(xué)殷盼超課題組報道了一種新的拓?fù)涫芟匏沙跈C理:軟簇材料中的亞納米顆;g會相互堆積產(chǎn)生作用錨點,而多個錨點之間的協(xié)同作用會進(jìn)一步影響軟簇的質(zhì)心運動,并最終調(diào)控其宏觀粘彈性(圖1)。而拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對軟簇粘彈性的影響則體現(xiàn)在對錨點間協(xié)同作用的影響上。
圖2 拓?fù)涫芟匏沙谀P皖A(yù)測的松弛時間與Va/Ve的依賴性關(guān)系。
進(jìn)一步的,作者將課題組前期深入研究的兩種軟簇材料(基于銅納米籠的球形軟簇以及基于聚降冰片烯的棒狀軟簇)(圖1)作為模型體系,通過調(diào)節(jié)連接子長度制備了具有不同Va值的軟簇,并且將這些軟簇分別分散到亞納米顆粒熔體中用以研究其動力學(xué)。
圖3(a-b)軟簇以及亞納米顆粒熔體的寬屏介電松弛譜結(jié)果,以及對應(yīng)的松弛時間溫度依賴性(c)棒狀軟簇松弛速率的角度依賴性(d,f)亞納米顆粒熔體背景對應(yīng)的松弛速率角度依賴性(e)球狀軟簇松弛速率的角度依賴性。
圖4(a)具有不同Va/Ve的球狀軟簇的MSD曲線(b)具有不同Va/Ve的棒狀軟簇的MSD曲線(c)三個具有特征Va/Ve的球狀軟簇的MSD曲線對比(d)模擬中提取的松弛時間與模型預(yù)測的理論曲線。
文章鏈接:Binghui Xue, Wei Liufu, Jiafu Yin, Junsheng Yang, Panchao Yin; Particle topology-regulated relaxation dynamics in cluster-ordering. J. Chem. Phys. 2024, 160 (15): 154902.
https://doi.org/10.1063/5.0195905
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