Zero Field Assembly of Long Magnetic Dipolar Chains in 2D Polymer Nanocomposite Films
几十年来，人们一直在理论上预测零场下磁偶极纳米颗粒链的存在，但这些结构很少在实验上观察到。一个先决条件是形成链的颗粒上的永久磁矩。在这里，我们报告的磁性偶极链的球形氧化铁纳米粒子的直径为\SI{12.8}{\nano\meter}的观察。纳米颗粒嵌入在聚合物薄膜中。由于聚合物基质的高粘度，主要聚集机制由偶极相互作用驱动。较小的氧化铁纳米颗粒（\SI{9.4}{\nano\meter}）不显示永久磁矩，不形成链，但紧凑的聚集体。不同的氧化铁纳米粒子和聚合物在空气-水界面的混合单分子膜的特征在于朗缪尔等温线和原位X射线反射仪（XRR）。颗粒与聚合物的组合导致在空气-水界面处的稳定的聚合物纳米复合膜。XRR实验表明，纳米颗粒浸没在\SI{3}{\nano\meter}的薄聚合物基质中。使用原子力显微镜（AFM）的LB膜，我们测量的横向分布的粒子在膜中。转移膜内的单个结构的分析结果在分形维数，是在良好的协议与2D模拟。
2019-03-12 cond-mat.soft
Anisotropic Nanoparticle Rejamming Triggers Thermodynamic Cavitation in Elastomer Nanocomposites
The University of South Florida（南佛罗里达大学）
该研究通过分子动力学模拟揭示，弹性体纳米复合材料中纳米粒子网络的初始堵塞及随后的各向异性再堵塞导致负压失控积累，从而引发热力学空化与失效，并指出集体填料动力学是控制最终失效的关键。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Influence of nanoparticle size, loading, and shape on the mechanical properties of polymer nanocomposites
通过粗粒分子动力学模拟研究了球形、三角形和棒状纳米粒子对聚合物纳米复合材料力学性能的影响。我们专注于纳米颗粒的尺寸，负载，质量和形状如何影响PNC的弹性模量，在故障和抵抗空腔的形成和增长，在外部应力的应力。我们发现，在强的聚合物-纳米颗粒相互作用的制度，通过临时聚合物-纳米颗粒交联的聚合物网络的形成具有PNC增强的主导作用。球形纳米颗粒的尺寸与聚合物单体的尺寸相当，其在增韧PNC方面比较大的球形颗粒更有效。当比较球形、三角形和棒状几何形状的颗粒时，棒状纳米颗粒成为最好的PNC增韧剂。
2012-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Partition of Coating Agents between Nanoparticle Interfaces and the Polymer in Nanocomposites
工业和模型聚合物纳米复合材料通常与涂层剂一起配制以改善聚合物-纳米颗粒（NP）相容性。在这里的本地化的硅烷涂层剂在苯乙烯-丁二烯纳米复合材料的研究通过链段动力学的聚合物基体的宽带介电谱（BDS），允许检测硅烷在基体中通过其塑化效果。对于不同量的掺入的胶态二氧化硅NP（R $\approx$ 12.5 nm，多分散性12%），通过$α$的$τ$ max的移动-由不同分子量和量的涂层剂的存在诱导的松弛来跟踪该动力学的加速。界面聚合物层对$τ$ max的任何显著贡献已被裸NP的参考测量排除。我们的方法可以量化基质和NP界面之间的分配，并通过量热法独立证实。作为控制参数，硅烷接枝反应可以被激活或不被激活，这通过不存在（分别地，存在）与矩阵的分区。我们的主要结果是，在材料配方的第一步中，在任何接枝反应之前，涂层剂通过吸附覆盖二氧化硅表面并与聚合物基质混合，特别是如果后者通过其官能团具有化学相容性。发现硅烷吸附与接枝量（1.1 nm-2）相当，并且不进一步增加，证实在工业制剂中达到吸附等温线的平台。希望这些结果有助于更好地理解在纳米复合材料的复杂配制过程中发生的表面反应，即所涉及的确切量，例如，在工业搅拌机中。最终的材料性能受到影响，通过NP-基体的相容性和塑化后者的未反应的分子。2
2020-11-16 cond-mat.soft
Shear induced phase separation of Wormlike micelles-nanoparticle system : formation of a long-range ordered nanoparticle structure
剪切纳米复合材料已被证明在聚合物基体中产生有序的纳米结构和取向。由于在聚合物基体中形成纳米颗粒的有序结构对于设备可穿戴、柔性和光子材料的重要性，因此了解聚合物纳米复合材料的剪切诱导有序和其他性质是有用的。本文采用多粒子动力学和分子动力学模拟相结合的方法，以蠕虫状胶束为模型，研究了体系在剪切作用下纳米粒子在复合材料中的排列和形态。我们观察到的剪切诱导的纳米粒子的相分离，以及作为剪切的结果在长程有序的纳米结构的增加。我们还表明，为了形成一个良好的包装和高度有序的结构，具有较小的尺寸的纳米粒子应该是首选。
2018-10-13 cond-mat.soft
Monte Carlo simulations of a coarse grained model for an athermal all-polystyrene nanocomposite system
通过蒙特卡罗抽样方法研究了聚苯乙烯基体中填充有紧密交联的聚苯乙烯纳米颗粒的非热纳米复合体系的结构。高分子链被表示为随机行走，系统通过粗粒度的哈密顿量来描述。这种方法与自洽场论有关，但不需要鞍点近似，适合于处理大型三维系统。在纳米颗粒附近的聚合物基体的局部结构被发现是不同的，在许多方面从相应的散装，无论是在段和链水平。在颗粒附近的局部聚合物密度分布显示出最大值，并且键发展出相当大的平行于纳米颗粒表面的取向。还分析了耗尽层厚度。这些链的最长尺寸平行于颗粒表面。它们的内在形状，其特征在于跨度和主惯性矩，被发现是一个强大的功能的位置相对于接口。许多纳米颗粒在聚合物基体中的分散导致链的延伸，当它们的尺寸与分散颗粒的半径相似时。
2014-01-14 cond-mat.soft
Aggregation of colloidal nanoparticles in polymer matrices
本文综述了我们最近对一种特殊类型纳米复合材料的结构和力学性能的一些研究。在二氧化硅-胶乳体系中，具有二氧化硅夹杂物的胶乳膜由两种组分的胶体溶液形成。在溶液干燥期间，可以通过溶液的物理化学性质来控制二氧化硅域的形成。可以生成嵌入聚合物基质中的定义明确的二氧化硅聚集体，并且所得纳米复合材料的机械性能已被证明与平均结构直接相关。
2005-10-19 cond-mat.soft
Multiscale modelling of polymer structure and conformations in polymer nanocomposites: A Review
在过去的二十年里，聚合物纳米复合材料由于其与聚合物共混物相比的先进性能而受到工业界和学术界的极大关注。许多计算研究表明，聚合物纳米复合材料的宏观性能强烈依赖于微观聚合物结构和构象。在这篇文章中，我们回顾了模拟研究的基本问题的聚合物结构和尺寸的纳米复合材料含有裸露的球形或棒状纳米粒子。实验上，在聚合物基体中加入纳米颗粒是否会扰乱聚合物链存在争议。
2015-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polymer-stabilized graphene dispersions at high concentrations in organic solvents for nanocomposite production
我们展示了一种简单而有效的技术，用于通过使用稳定聚合物（聚乙烯吡咯烷酮，PVP）在广泛的有机溶剂中以高浓度分散原始（未官能化）石墨烯。这些聚合物稳定的石墨烯分散体显示出高度稳定并且即使在冷冻干燥后也易于再分散。与先前的研究相比，该技术产生显著更高的石墨烯浓度。还证明了通过添加原始石墨烯在流体的热导率方面的优异增强。然后将这些分散良好的原始石墨烯片用作聚合物纳米复合材料的强导电纳米填料。通过本体聚合法将分散的石墨烯负载到N-乙烯基吡咯烷酮上，制备了PVP/石墨烯纳米复合材料。
2011-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phase Behavior of Block Copolymer Nanocomposite Systems
由嵌段共聚物和纳米颗粒制成的纳米复合材料显示出与纯聚合物基体不同的性质。所得材料是嵌段共聚物的原始性质和组装的纳米颗粒的存在的交叉。我们提出了一个介观的研究，通过细胞动力学模拟定量断言这种混合材料的性能。最相关的参数被确定为在系统中的纳米粒子的分数和它的化学亲和力，而相对于嵌段共聚物的长度尺度的纳米粒子的尺寸在组装中发挥作用。对于对称的A-B二嵌段共聚物，构建了具有从A相容到B相容的化学亲和性的纳米颗粒的嵌段共聚物的形态相图。嵌段相容的纳米粒子被发现诱导一个相变，由于在托管相的有效浓度的变化，而界面相容的粒子诱导两个新的相的出现，由于饱和的二嵌段共聚物界面。
2019-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Interfacial Entropic Interactions Tunes Fragility and Dynamic Heterogeneity of Glassy Athermal Polymer Nanocomposite films
在纳米颗粒和基体聚合物之间的界面处的焓相互作用已知影响所得聚合物纳米复合材料（PNC）的各种性质。对于无热PNCs，由嵌入在化学上相同的聚合物中的接枝纳米颗粒组成，在确定纳米复合材料的性质中界面层（IL）相互作用的作用和程度不是很清楚。在这里，我们展示了界面层动态的脆弱性和动态异质性（DH）的非热和玻璃PNCs的影响。通过改变接枝与基质聚合物的尺寸比f来改变IL性质，这又改变基质链渗透到接枝层中的程度。发现PNCs的脆性随熵相容性的增加而单调增加，其特征在于穿透深度的增加。相反，在大多数聚合物和玻璃形成者的观察，我们观察到的依赖IL动态的脆弱性和DH之间的反相关性，量化的实验估计Kohlrausch-Watts-Williams参数和从模拟获得的非高斯参数。
2018-08-22 cond-mat.soft
On the absence of structure factors in concentrated colloidal suspensions and nanocomposites
本文通过逆向蒙特卡罗模拟研究了浓缩聚合物纳米复合材料中结构因子缺失（S(q)=1）的现象，发现高浓度下仅高多分散性可实现此状态，且吸引力相互作用与多分散性的结合使体系达到几乎“无结构”状态。
2023-10-23 cond-mat.soft
How Tuning Interfaces Impacts the Dynamics and Structure of Polymer Nanocomposites Simultaneously
本文通过宽带介电谱和小角X射线散射等方法，研究了表面修饰对聚(2-乙烯基吡啶)/二氧化硅纳米复合材料微观动力学与结构的影响，揭示了接枝密度如何调节聚合物-颗粒相互作用及界面层动力学。
2023-10-23 cond-mat.soft
Length scale of dynamic heterogeneity in polymer nanocomposites
利用X射线光子相关光谱技术对嵌在聚甲基丙烯酸甲酯中的金纳米颗粒进行了测量，证明了聚合物纳米复合材料中存在类似于其他软材料的动力学不均匀性的内在尺度，并显示了动力学如何以复杂的方式随各种参数变化。
2008-09-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Recent advances in structural and dynamical propertiesof simplified industrial nanocomposites
大量的实验工作的微观结构和动力学的refinefied工业纳米复合材料制成的无序二氧化硅填料在苯乙烯-丁二烯matrixby固相混合重组和批判性地讨论了这篇专题文章。最近的结果包括系统与不同的聚合物质量，接枝功能，和fillercontent。他们已经获得了基于模拟的结构建模nanoparticleaggregate大小和质量推导出小角散射和透射电子显微镜。我们的模型已经通过独立的溶胀实验进行了验证，通过对不同链质量的结构紧密的纳米复合材料的比较，我们确定了一个独特的结构决定参数，即接枝密度，并对复杂纳米复合材料在混合过程中的聚集体形成机制进行了统一描述。此外，低场质子核磁共振允许表征动态减慢（“玻璃”）聚合物层，这被证明不占主导地位的流变响应，不像结构的贡献。最后，宽带dielectric spectroscopy被用来在一个创新的方式来识别填料percolation -也identifiedby流变学-通过动态沿填料表面。
2018-11-20 cond-mat.soft
Superhydrophobic/superoleophilic magnetic elastomers by laser ablation
本研究通过激光烧蚀制备了负载铁纳米颗粒的PDMS磁性弹性体，实现超疏水超亲油表面，并可用弱磁场驱动，用于液体分离的磁性MEMS应用。
2024-02-08 cond-mat.soft physics.app-ph
Dynamics in poly(propylene glycol) and silica oxide nanoparticles composite glassforming system
介绍了聚（丙二醇）+ SiO ${_2}$纳米复合材料的宽带介电谱和流变学研究结果。结果表明，高浓度复合材料中的动力学是由限制和吸附效应决定的，这是由限制聚合物与PPG和固体纳米颗粒之间界面处的主体系统的相互作用引起的。弛豫时间的演变遵循明确的Vogel-Fulcher-Tammann模式，这是由补充活化能温度指数分析证明。纳米粒子的强烈影响的过渡动力学和超粘性域的脆弱性。
2017-02-23 cond-mat.soft
Local elastic properties of polystyrene nanocomposites increase significantly due to non-affine deformations
通过分析局域密度涨落，研究了掺杂SiO2纳米粒子的聚苯乙烯的局域弹性性质。密度波动建立从粗粒度的分子动力学模拟进行MARTINI力场。聚苯乙烯刚度的显着增加，揭示了从纳米粒子的特征范围内的1.4 nm，而聚苯乙烯密度饱和的体积值在显着更短的距离。聚合物局部弹性性能的增强归因于1 nm以下长度尺度的非仿射变形效应，并通过具有可变无序强度的随机矩阵模型进一步证实了这一点。
2022-01-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.comp-ph
Understanding Creep Suppression Mechanism in Polymer Nanocomposites through Machine Learning
虽然最近的努力已经表明，局部结构在均匀玻璃形成材料的动态不均匀性中起着至关重要的作用，但对含有界面的系统，如薄膜或复合材料，仍然知之甚少。众所周知，界面扰动附近的分子堆积，然而，许多研究表明，动力学在更大的范围内被修改。在这里，我们研究的动态聚合物纳米复合材料（PNC）使用模拟和实验的结合，并定量分离的作用，聚合物包装从其他影响的动态，作为一个函数的距离从纳米粒子表面。在玻璃态结构和蠕变顺应性的模拟和实验之间表现出良好的定性一致性后，我们使用最近开发的机器学习技术将模拟PNC中的聚合物动力学分解为结构相关和结构无关的过程。通过这种分解，聚合物重排的自由能垒可以被描述为依赖于填充和独立于填充的垒的组合。我们发现，这两个障碍是较高的纳米颗粒附近，并减少与施加的应力，定量表明，缓慢的界面动力学不仅是由于聚合物包装的差异，但也改变了结构动力学关系。最后，我们提出了这种分解可以用来准确地预测应变-时间蠕变曲线的PNC从他们的静态配置，提供额外的见解PNC蠕变抑制聚合物-纳米粒子界面的影响。
2022-04-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Polyurea-Graphene Nanocomposites -- the Influence of Hard-Segment Content and Nanoparticle Loading on Mechanical Properties
本研究探讨了基于IPDI的聚氨酯（PUa）纳米复合材料的线性粘弹性对硬段重量分数和xGnP负载的依赖性，发现HSWF显著影响刚度，而xGnP负载影响有限，并开发了基于分数微积分的流变模型以描述材料在宽温度和频率范围内的行为。
2023-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tuning the Mechanical Properties in Model Nanocomposites: Influence of the Polymer-Filler Interfacial Interactions
本文通过直接比较未接枝和PS接枝的SiO2在PS基体中的分散情况，研究了PS/SiO2纳米复合材料中聚合物-填料界面对填料分散和力学增强的影响。结合小角中子散射（SANS）测量和透射电子显微镜（TEM）图像研究了纳米颗粒的结构。通过板/板流变学和单轴拉伸在宽范围的变形下研究了力学性能。在低二氧化硅体积分数，颗粒排列，对于这两个系统，在小的有限尺寸的非连接的聚集体和材料表现出固体状的行为独立于本地的聚合物/填料的相互作用，这表明增强是由额外的长程效应为主。在高二氧化硅体积分数下，产生连续连接的网络，导致增强的快速增加，其幅度然后直接取决于局部颗粒/颗粒相互作用的强度，并且由于接枝聚合物的变形，接枝的幅度较低。
2011-07-10 cond-mat.soft
Rejuvenating the structure and rheological properties of silica nanocomposites based on natural rubber
加工和热退火对填料结构和聚合物基体的拮抗作用在基于天然橡胶的聚合物纳米复合材料中进行了探索，其中沉淀二氧化硅通过从水悬浮液中凝聚而并入，然后通过辊磨。它们的结构和线性和非线性流变学进行了研究，特别强调的高温热处理的效果和铣削道次的数量。小角X-射线散射强度表明，二氧化硅是组织在小，牢不可破的聚集体含有约。50初级纳米颗粒，其在最高二氧化硅含量下在填料网络中以较大规模重组。正如所预期的，发现填料网络结构对研磨敏感，更多的研磨诱导断裂，如通过降低的佩恩效应所证明的。热处理后，纳米复合材料的结构被发现是振兴，擦除的低应变模量上的先前的研磨的效果。平行地，由流变学或量热玻璃化转变温度描述的样品的动力学保持不变，而天然胶乳聚合物网络结构通过研磨朝向更流体状的流变学改性，并且不能被回收。
2020-11-16 cond-mat.soft
Martini coarse-grained model for clay-polymer nanocomposites
我们已经开发了一个粗粒（CG）模型的聚合物-粘土系统组成的有机改性蒙脱土纳米粘土的纳米粒子按照MARTINI力场。利用粘土颗粒的力学性质和裂解自由能分别表征了有机改性蒙脱土（oMMT）粘土颗粒的键合和非键合相互作用参数，其中钠离子被四甲基铵（TMA）离子取代。力学性能由应力-应变曲线的斜率确定，解理自由能通过允许对应于缓慢平衡解理过程的完全表面重构来确定。使用对oMMT裂解能的个体分散和极性贡献来确定CG oMMT片的适当MARTINI珠类型。开发的MARTINIFF参数的TMA-MMT-聚合物系统的自洽性进行了验证，通过比较估计选择的结构，热力学和动力学性质得到的全原子模拟与粗粒度的模拟。我们已经确定了粘土颗粒对三种聚合物熔体（聚乙烯，聚丙烯和聚苯乙烯）在两个温度下的性能的影响，以建立开发的参数的可转移性。我们还表明，粘土-聚合物相互作用的影响，在这种纳米复合材料系统的结构-性能关系被罗森菲尔德的过剩熵标度。
2019-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Absence of Structural Impact of Noble Nanoparticles on P3HT: PCBM Blends for Plasmon Enhanced Bulk-Heterojunction Organic Solar Cells Probed by Synchrotron Grazing Incidence X-Ray Diffraction
在供体-受体体异质结有机光伏器件的活性区域中掺入显示局部表面等离子体共振的贵金属纳米颗粒是工业上兼容的光捕获策略，能够保证更好地吸收入射光子并给出12%至38%之间的效率提高。本文利用同步辐射掠入射X射线衍射研究了Au和Ag纳米粒子与P3 HT：PCBM共混对P3 HT结晶动力学的影响。我们得出结论，在P3 HT：PCBM共混物中以低于0.3wt%的不同浓度存在（1）80 nm Au，（2）5 nm、50 nm、80 nm Au的混合物，（3）40 nm Ag，和（4）10 nm、40 nm、60 nm Ag胶体纳米颗粒，不影响共混物本身的行为。
2014-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Morphology Selection of Nanoparticle Dispersions by Polymer Media
可设计的介质可以通过空间组织纳米颗粒来控制纳米复合材料的性能。在这里，我们从理论上研究粒子组织的接枝链（“刷”）的聚合物薄膜。小于刷确定的阈值的聚合物可溶性纳米颗粒分散在膜中的深度与颗粒体积成反比。在聚合物不溶的情况下，聚集是定向的：提供的颗粒在膜表面是非润湿的，刷子稳定分散体，并选择其最终形态的巨大细长聚集体与刷子选择的宽度。
2002-02-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Electrical, elastic properties and defect structures of isotactic polypropylene composites doped with nanographite and graphene nanoparticles
导电聚合物在传感器、致动器、电子和光学器件、太阳能电池等方面有着广泛的技术应用。为了改善其操作性能、机械、热、电和光学性能，此类聚合物被掺杂碳同素异形体纳米填料。新型纳米复合聚合物的功能可以由纳米颗粒和聚合物的尺寸特性，不同的物理效应如电荷转移等来规定。我们表征和分析了新型聚合物纳米复合材料，高结晶度的等规聚丙烯（iPP），基于动态力学分析（DMA），介电谱，小角中子散射（SANS）和理论模型。碳纳米粒子在聚丙烯本体中以分形的形式聚集，改变了聚丙烯的力学、塑性、弹性和电性能。我们研究修改纳米填料的形态与Cosserat弹性的概念，其中包括描述的线性拓扑缺陷引起的纳米石墨和GNP聚集的行为。我们提供我们的实验数据与Cosserat弹性模型框架中的晶格的数值模拟，以估计整个复合iPP的一些力学特性。
2022-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Competitive Adsorption in Polymer Nanocomposites: The Molecular Weight and End-Group Effect Revealed by SANS and MD Simulations
本研究通过实验和分子动力学模拟揭示双分散PEG熔体中短链因端羟基氢键作用优先吸附于纳米颗粒，强调端基功能对界面行为的关键影响，为调控纳米复合材料性能提供新见解。
2025-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
