以耗散粒子動力學法研究接枝混成奈米粒子在稀薄溶液中及高分子基質中之型態

Abstract

高分子奈米複合材料，為一種以無機粒子為添加物，加入高分子材料中，使材料在保有原始高分子性質的優點外，也增進了無機物所持有的優點，例如機械強度上的改進，熱學性質上的改良與光電性質的應用等。添加物依結構可分成球狀，柱狀，薄片狀，管狀等，而在材料中的型態又有片狀聚集，線狀聚集，分散等，各種型態皆有許多的應用，為一種被廣泛使用的材料科學，因此了解添加物在高分子材料中的型態是相當重要的。 本研究中我們以耗散粒子動力學法探討不同形狀的奈米粒子添加物在稀薄溶液中之自我聚集行為，由於奈米粒子的疏溶劑性質，其在溶液中之型態主要以球狀聚集為主。接著於奈米粒子添加物表面接枝上親溶劑高分子鏈段，使奈米粒子與溶劑的相容性提高。當奈米粒子形狀為片狀時，其聚集方式主要以奈米粒子上下表面相互接觸為主，隨著接枝高分子長度與數目的提高，聚集型態由球狀聚集變為線狀聚集，接著再因為接枝鏈段造成的立體障礙提高變成分散；而奈米粒子形狀為柱狀時，聚集方式主要以側表面進行聚集接觸，型態則隨著接枝高分子長度與數目的提高由球狀聚集變為片狀聚集，再變為線狀聚集與分散。 最後我們將溶劑改為高分子基質，發現當奈米粒子為片狀時，因為溶劑自由體積變小的效應，增加添加物相接觸的機會，其型態比在稀薄溶液中較易形成聚集，而要以較多的接枝高分子粒子才能達到分散；而奈米粒子為柱狀時，則受限於高分子溶劑的立體障礙，使其型態較不易形成片狀的聚集。