Dynamik af frie kæder i polymere nanokompositter

Dynamikken af sammenfiltrede polymere kæder i en polymer fyldt med nanopartikler er undersøgt ved hjælp af molekylærdynamiske simuleringer af et modelsystem. Det primære formål er at undersøge, i hvilket omfang reptationen af polymerer, der ikke er i direkte kontakt med fyldstoffer, er modificeret i forhold til det rene materiale. Til dette formål betragtes to systemer: Et almindeligt fyldt materiale, hvor affiniteten mellem fyldstof og polymer kontrolleres, og et system, hvor de perler, der er i kontakt med fyldstoffet i begyndelsen af produktionsfasen i simuleringen, er bundet til overfladen af fyldstoffet. Dette andet system repræsenterer grænsetilfælde med lang tilknytning mellem polymer og fyldstof. I dette tilfælde er opmærksomheden rettet mod de frie kæder i smeltemassen. Dynamikken i de to modeller er forskellig. I det fyldte system observeres en ensartet opbremsning for alle Rouse-tilstande. Effekten varierer monotontalt med affiniteten mellem fyldstof og polymer. Op til mætning kan denne adfærd indfanges af sædvanlige modeller med en effektiv, affinitetsafhængig, friktionskoefficient. I systemet med podede kæder er Rouse-dynamikken i den frie kæde identisk med den i det rene materiale, bortset fra de længste tilstande, som er betydeligt langsommere. Mere interessant er det, at dynamikken i de frie kæder afhænger på en ikke-monotonisk måde af affiniteten mellem polymer og fyldstof, selv om de frie kæder ikke kommer i direkte kontakt med fyldstoffet. Denne effekt skyldes små ændringer i strukturen af den polydisperse børste ved ændring af affiniteten. Specifikt afhænger børstens tæthed og mængden af interpenetration af frie og podede kæder af affiniteten mellem fyldstof og polymer. Brugen af en reptationsmodel med modificeret rørdiameter til at indfange denne adfærd diskuteres.