Abstract
Polymer tracer diffusion in multiwalled carbon nanotubes (MWCNT)/polystyrene (PS) nanocomposites as a function of MWCNT concentration was measured from 152 to 214 °C. At 170 °C, we previously reported a minimum in the tracer diffusion coefficient that occurs at ∼2 wt % MWCNT; this concentration corresponds to the onset of solidlike behavior as measured by linear viscoelasticity. The minimum in the tracer diffusion coefficient in the nanocomposites (D) normalized by the tracer diffusion coefficient without MWCNTs (D0) is shallower at higher temperatures, namely, (D/D0)min = 0.9 at 214 °C and (D/D0)min = 0.6 at 152 °C. Using our trap model, this implies that the difference between the tracer diffusion parallel and perpendicular to the MWCNT is smaller at higher temperatures. Finally, at fixed MWCNT concentrations (0.5, 2, and 6 wt %) the temperature dependence of the tracer diffusion coefficient follows the Williams–Landel–Ferry (WLF) equation, indicating that polymer dynamics in nanocomposites is captured by changes in free volume with temperature
چکیده
انتشار پلیمر ردیاب در نانوکامپوزیت های نانولوله کربنی چند جداره (MWCNT) / پلی استایرن (PS) به عنوان تابعی از غلظت MWCNT بین 152-214 درجه سانتی گراد اندازه گیری شد. در 170 درجه سانتی گراد، ما قبلا حداقل ضریب نفوذ ردیاب که در ~2 WT٪ از MWCNT رخ می دهد، را گزارش کردیم. این غلظت مربوط به شروع رفتار جامد مانند است که توسط ویسکوالاستیسیته خطی اندازه گیری شد. حداقل ضریب انتشار ردیاب در نانوکامپوزیت (D) توسط ضریب انتشار ردیاب بدون نانولوله (D0) که در دماهای بالاتر سطحی است، نرمالیزه شد، یعنی، (D / D0) دقیقه = 0.9 در 214 درجه سانتی گراد و (D / D0) دقیقه = 0.6 در 152 درجه سانتی گراد. با استفاده از مدل تله ما، مشخص شد که تفاوت بین انتشار موازی و عمود ردیاب بر MWCNT در دماهای بالاتر کوچکتر است. در نهایت، در غلظت ثابت MWCNT(0.5، 2، و 6 درصد وزنی) وابستگی ضریب دمای انتشار ردیاب از معادله ویلیامز-لاندل-فری (WLF) پیروی میکند،که نشان میدهد پویایی پلیمر در نانوکامپوزیت با تغییر حجم آزاد توسط درجه حرارت کنترل میشود.
-1مقدمه
نانوکامپوزیتهای پلیمری، که از نانوذرات (به عنوان مثال، نانوذرات سیلیس، نانوسیم نقره، و نانولوله های کربنی، و غیره) و پلیمر تشکیل شده اند، به دلیل هدایت الکتریکی، 1،2 کندی شعله ور شدن، 3،4 مقاومت مکانیکی، 5، 6 علاقه تحقیقاتی قابل توجهی را به خود جلب کرده اند و ویسکوزیته 7 آنها به صورت قابل ملاحظه ای می تواند با افزودن پرکننده های نانویی تغییر کند. 8-10 درک این که چگونه نانو ذرات، ماتریس پلیمر و به خصوص پویایی پلیمر، را تحت تاثیر قرار میدهند و چگونه این امر رفتار نانوکامپوزیتهای پلیمری را کنترل میکند، برای گسترش این رشته بسیار مهم است. نانوذرات چند مرتبه کوچکتر از مواد متداول هستند و فرصتی برای مطالعه و بررسی چگونگی تاثیر فیزیک پلیمر توسط ذرات با مقیاس طول بین اندازه مونومر و اندازه زنجیره پلیمر را فراهم میاورند. در غلظت پرکننده ثابت، نانوذرات نسبت به ذرات میکروسکوپی، رابطه خیلی بیشتری بین نانوذرات و پلیمرها ایجاد میکنند، که به طور چشمگیری کسر حجمی ماتریس پلیمر تحت تاثیر نانوذرات را افزایش می دهد. 11 بنابراین، مقدار کمی از نانوذرات می تواند به طور قابل توجهی خواص عمده ماتریس پلیمر را تغییر دهد...