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关于微小颗粒的重大发现

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  从光子学到药物,用聚合物纳米粒子制成的材料有望成为未来的产品。然而,在理解这些微小的塑料状颗粒的性质方面仍然存在差距。

  现在,特拉华大学化学和生物分子工程研究生Hojin Kim与德国马克斯普朗克聚合物研究所,普林斯顿大学和特伦托大学的合作科学家团队发现了新的见解。聚合物纳米粒 该团队的研究结果,包括表面活动性,玻璃化转变温度和弹性模量等特性,已在Nature Communications上发表。

  在MPI Prof. George Fytas教授的指导下,该团队使用了布里渊光谱,这是一种通过检查微观纳米粒子如何振动来研究微观纳米粒子的分子特性的技术。

  “我们分析了每个纳米粒子之间的振动,以了解它们在不同温度下的机械性能如何变化,”Kim说。“我们问道,不同温度下的振动表明什么?它的实际意义是什么? “

  聚合物纳米颗粒的特征不同于相同材料的较大颗粒的特征。“他们的纳米结构和小尺寸提供不同的机械性能,”金说。“了解纳米粒子的热行为以提高材料的性能非常重要。”

  以聚苯乙烯为主,纳米技术中常用的材料。这种材料的较大颗粒用于塑料瓶,杯子和包装材料。

  “聚合物纳米粒子在玻璃化转变温度下可以更柔韧或更弱,它们从坚硬的质地软化到柔软的质地,随着粒径的减小,它会减少,”Kim说。这部分是因为小颗粒表面的聚合物迁移率很容易被激活。重要的是要知道何时以及为何发生这种转变,因为一些产品,例如过滤膜,在暴露于各种条件下时需要保持强度。

  例如,用聚合物聚苯乙烯制成的一次性塑料杯可能会在沸水中滞留 - 但该杯子没有纳米颗粒。研究小组发现聚苯乙烯纳米粒子开始经历343开尔文(158华氏度)的热转变,称为软化温度,低于玻璃化转变温度372 K(210 F)的纳米粒子,仅略低于温度开水。当加热到这一点时,纳米颗粒不会振动 - 它们完全静止。

  Kim表示,此前未曾见过,该团队发现有证据表明这种温度可能会激活纳米粒子中高度流动的表面层。随着颗粒在其软化温度和玻璃化转变温度之间升温,颗粒彼此相互作用越来越多。其他研究小组此前曾怀疑,由于颗粒迁移率的差异,玻璃化转变温度随颗粒尺寸的减小而下降,但它们无法直接观察到。

  “使用不同的方法和仪器,我们分析了不同温度下的数据,并且实际证实聚合物纳米粒子表面上的某些物质与其核心相比更具移动性,”他说。

  UD的化学和生物分子工程系教授兼主席Eric Furst也是该论文的通讯作者。

  “Hojin在这个项目上取得了领先,并取得了超出我预期的结果,”Furst说。“他体现了特拉华州博士工程研究的卓越成就,我迫不及待地想看看他接下来会做什么。”

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