《Macromolecules》南昆士蘭大學(xué)宋平安：仿生、強大且堅韌的納米結(jié)構(gòu)聚乙烯醇/肌醇復(fù)合材料：氫鍵交聯(lián)如何工作？
2021年10月8日 10:18瀏覽：2350
受蜘蛛絲啟發(fā)的氫鍵（
H 鍵）交聯(lián)最近已被證明可以通過添加小 H-鍵交聯(lián)劑。不幸的是，氫鍵交聯(lián)與所得聚合物的微觀結(jié)構(gòu)和機械性能的相關(guān)性仍不清楚。
最近
，
南昆士蘭大學(xué)科研團隊
以肌醇 (IN) 分子作為交聯(lián)劑制備了堅固且堅韌的納米結(jié)構(gòu) PVA 復(fù)合材料。
添加 1.0 wt% 的 IN 可將 PVA 的屈服強度 (σ
y
) 提高至 148 MPa（約 31%），同時斷裂應(yīng)變（增加 250%）和韌性（增加 3.6 倍）也顯著增加由于動態(tài)物理交聯(lián)和晶粒細化。
團隊
表明，在 H 鍵交聯(lián)密度 (n
e
) 和 σ
y
、鏈運動（例如，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (T
g
)、弛豫活化能 (E
a
)）和晶粒尺寸之間存在密切但簡單的相關(guān)性(L)，即 σ
y
∝ n
e
、T
g
、E
a
和 1/L。這項工作揭示了氫鍵交聯(lián)對 PVA 微觀結(jié)構(gòu)和機械性能的控制作用，并首次揭示了其與機械性能、鏈動力學(xué)和結(jié)晶的相關(guān)性。這些令人興奮的發(fā)現(xiàn)為創(chuàng)造堅固、堅韌和延展的聚合物材料開辟了許多新的機會。
圖
1.
(a) 通過簡便的溶液混合和薄膜澆鑄方法制備 PVA-肌醇 (IN) 復(fù)合材料的示意圖；它們的分子間氫鍵（H鍵）相互作用和MD模擬的H鍵。(b) PVA、(c) IN-1、(d) IN-2 和 (e) IN-5 的 TEM 圖。(f) PVA 內(nèi)納米相的相尺寸 (直徑) 和 (g) 分數(shù)。（h）IN-2.0 的 SEM 圖像以及線性元素 O 掃描，表明納米相由富含 IN 的 PVA-IN 聚集體組成。
圖
3
. (a) IR
位移
；(b) PVA 納米復(fù)合材料的歸一化氫鍵密度作為肌醇含量的函數(shù)；(c) 每個 O-H 基團的不同類型 H 鍵的數(shù)量 (#)；(d) PVA 和 (e) IN-1 的原位紅外光譜；(f) PVA 及其復(fù)合材料以及肌醇的 Tg 和 (g) 結(jié)晶尺寸 (L) 作為肌醇含量的函數(shù)；(h) PVA 和 PVA-IN 薄膜在 5 MPa 和 35 °C 下的蠕變行為；(i) 氫鍵相互作用誘導(dǎo)的高密度富含 IN 的 PVA 鏈聚集體的圖示。
圖
5.
(a) PVA 鏈和 (b) 肌醇分子的均方位移 (MSD) 曲線作為時間的函數(shù)，以及 (c) PVA 和肌醇的擴散系數(shù) (D) 作為肌醇含量的函數(shù)。(d) IN-1.2 系統(tǒng)在不同時間 PVA 鏈和肌醇分子運動的快照。(e) PVA 鏈 gC-CPVA-PVA(r) 之間的分子間骨架碳距離。(f) PVA 骨架碳和肌醇碳 gC-CPVA-IN(r) 的距離。(g) PVA 鏈和肌醇分子的分子間氧距離、gO-OPVA-IN(r)。
相關(guān)論文以題為
Bioinspired, Strong, and Tough Nanostructured Poly(vinyl alcohol)/Inositol Composites: How Hydrogen-Bond Cross-Linking Works?
發(fā)表在
《Ma
cromolecules
》
上。
通訊作者
是
澳大利亞南昆士蘭大學(xué)
宋平安副教授
。
doi.org/10.1021/acs.macromol.1c01725
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