Влияние трехпространственных разветвлений наночастиц на модуль Юнга в нанокомпозитах: эффект интерфейсной ориентации
Influence of three-dimensional nanoparticle branching on the Young’s modulus of nanocomposites: Effect of interface orientation. Shilpa N. Raja, Andrew C. K. Olson, Aditya Limaye, Kari Thorkelsson, Andrew Luong, Liwei Lin, Robert O. Ritchie, Ting Xu, A. Paul Alivisatos. PNAS. 2015. Vol. 112. No 21. P. 6533–6538.
В связи с доступностью наночастиц с контролируемыми размером и формой, возобновился интерес к механическим свойствам смесей типа полимер–наночастица. Однако, несмотря на большое количество теоретических исследований, эффект разветвления наполнителей с размерами порядка 10 нм на композитных материалах с упругой жесткостью получил пока малое освещение. Экспериментальным путем был изучен модуль Юнга у нанокомпозитов, созданных из основных блок-сополимеров, смешанных в заряженных волокнах и тонких пленках, в одном случае с линейными наностержнями, а в другом с квантовыми точками в форме тетрапода. В работе была использована феноменологическая решетчато-пружинная модель, которая должна была наглядно продемонстрировать изменение модуля Юнга в зависимости от формы наполнителя. Результаты исследований с помощью решетчато-пружинной модели оказались вполне сопоставимы с экспериментальными данными, как для стержней, так и для тетраподов. Наилучшим образом в ходе исследований проявили себя смеси композитов с квантовыми точками – тетраподами. Показатели улучшения модуля упругости в таких соединениях в 1,5 раза превышают показатели по идентичным композитам, содержащим наностержни. Неожиданно важной для оптимизации механических свойств нанокомпозитов оказались ориентация ковалентных связей Х-типа в интерфейсах наночастица–лиганд и ориентация нанонаполнителей. То есть, тетраподы так хорошо проявили себя в экспериментальных исследованиях именно благодаря их трехпространственному разветвлению формы. В случае же нанокомпозитов с неорганическими наполнителями такого ранее не наблюдалось. Результаты исследований задают направление для будущих исследований в области разработки новых нанокомпозитов.
В.В. Стрекопытов