Abstract
We investigated the dynamics of gold nanoparticles (NPs) within an entangled liquid of poly(n-butyl methacrylate) (PBMA) above the glass transition temperature (Tg). The experiments were performed by using a modified version of fluctuation correlation spectroscopy (FCS), which measured the translational diffusion (D) of the isolated NPs as a function of their size (2R0 = 5–20 nm) and temperature (T). We probed the most interesting but sparsely investigated length regime where the particle size/tube diameter (dt) ratio ranges between ∼1–4. This allowed us to put into direct test recently developed theories and simulations. By measuring the bulk viscosity of the melt, the ratio D/DSE was determined, where DSE is the continuum prediction from Stokes–Einstein (SE) relation. Our results indicate gradual recovery to SE behavior and full coupling to entanglement relaxation would
require 2R0 ≈ 7–10dt
چکیده
ما دینامیک نانوذرات طلا (NPها) را در یک مایع پلی (n-بوتیل متاکریلیت) (PBMA) گره خورده در دمای بالاتر از دمای گذار شیشه (Tg) بررسی کردیم. آزمایش ها، با استفاده از نسخه اصلاح شده طیف سنجی ارتباط افت و خیز (FCS) انجام شدند، که پخش انتقالی (D) نانوذرات منزوی را به صورت تابعی از اندازه شان (2R0=5-20nm) و دما (T) اندازه گیری می کرد. ما مطلوبترین حالت طولی را که به صورت پراکنده درباره آن تحقیق شده بود، بررسی کردیم که در آن، نسبت اندازه ذره/قطر لوله (dt) بین 1-4 تغییر می کرد. این امر به ما این امکان را داد که نظریه ها و شبیه سازی هایی را که اخیراً توسعه پیدا کرده است را در معرض آزمایش مستقیم قرار دهیم. با اندازه گیری چسبندگی حجمی ماده مذاب، نسبت D/DSE تعیین شد، که در آن، DSE پیش بینی پیوستار از رابطه استوکس – اینشتین (SE) است. نتایج ما ، بازیابی تدریجی رفتار SE و اتصال کامل به واهلش گره خوردگی نیاز دارد که رابطه 2R0≈7-10dt برقرار باشد.
-1مقدمه
نانوکامپوزیت های پلیمری (PNCها) اخیراً به علت توانایی شان در ساخت موادی با خصوصیات مکانیکی، الکتریکی و فوتونیکی جدید، توجه بسیاری به خود جلب کرده اند.1 ذرات در کامپوزیت های متداول، لزوماً بدون حرکت هستند، که این امر بر خلاف نانوکامپوزیت های پلیمری به ویژه در دمای بالای دمای گذار شیشه (Tg) است. تحرک نانوذره (NP) می تواند بر دینامیک پلیمر تاثیر بگذارد، که به نوبه خود می تواند خصوصیات مهم پلیمر، مانند چسبندگی، مدول، سینتیک تشکیل ذره-خوشه، و غیره را تغییر دهد.2-4 اندازه گیری های کششی نشان داده اند که کامپوزیت های متداول زیر Tg و نانوکامپوزیت های پلیمری در رابطه با خصوصیات مکانیکی، مشابه یکدیگر عمل می کنند.3 اما بالای دمای Tg، چقرمگی PNC با افزایش دما، از نظر بزرگی افزایش پیدا می کند. پیشنهاد شده است که مکانیسم افزایش چقرمگی، تحرک نانوذرات باشد.4 توسعه مواد و پوشش های خود ترمیم شونده ، که در آن، نانوذرات به مکان نقص ها می روند، نیاز به فهم بهتر فرایند پخش NP دارد.5 دو مطالعه تجربی در مورد پخش نانوذرات درون ماده مذاب پلیمری وجود دارد که به یک اندازه منفرد ذره محدود شده اند.6,7 هر دو آنها ضریب پخشی را برای ذرات اندازه گیری کرده اند که دو مرتبه بزرگی بیش از پیش بینی پیوستار است. با این وجود، اندازه گیری های سیستماتیک در مطلوبترین مقیاس های طول، که در آن، قطر ذره (2R0) از مرتبه چند برابر قطر لوله گره خوردگی (dt) است، تا کنون ارائه نشده است. این امر پیشرفت ها را به تاخیر می اندازد، زیرا در غیاب داده های تجربی قابل اعتماد، درک مکانیکی دینامیک نانوذرات در PNC ها، ناممکن خواهد بود...