Dynamiken hos fria kedjor i polymera nanokompositer

Dynamiken hos sammanflätade polymera kedjor i en polymer fylld med nanopartiklar studeras med hjälp av molekyldynamiska simuleringar av ett modellsystem. Det primära målet är att studera i vilken utsträckning reptationen hos polymerer som inte är i direkt kontakt med fyllmedel modifieras i förhållande till det rena materialet. För detta ändamål har två system beaktats: Ett vanligt fyllt material där affiniteten mellan fyllmedel och polymerer kontrolleras, och ett system där de pärlor som är i kontakt med fyllmedlet i början av produktionsfasen i simuleringen är bundna till fyllmedlets yta. Detta andra system representerar gränsfallet med lång bindningstid mellan polymer och fyllmedel. I detta fall riktas uppmärksamheten mot de fria kedjorna i smältan. Dynamiken i de två modellerna är olika. I det fyllda systemet observeras en jämn avmattning för alla Rouse-lägen. Effekten varierar monotont med affiniteten mellan fyllmedel och polymer. Upp till mättnad kan detta beteende fångas av vanliga modeller med en effektiv, affinitetsberoende, friktionskoefficient. I systemet med ympade kedjor är den fria kedjans Rouse-dynamik identisk med den i det rena materialet, med undantag för de längsta lägena som är betydligt långsammare. Mer intressant är att dynamiken hos de fria kedjorna beror på ett icke-monotoniskt sätt på affiniteten mellan polymer och fyllmedel, även om de fria kedjorna inte kommer i direkt kontakt med fyllmedlet. Denna effekt beror på små förändringar i den polydisperse borstens struktur vid ändring av affiniteten. Borstens täthet och mängden interpenetration av fria och ympade kedjor beror särskilt på affiniteten mellan fyllmedel och polymer. Användningen av en reptationsmodell med modifierad rördiameter för att fånga detta beteende diskuteras.