Two-population rouse models for polymer segmental dynamics in nanocomposites

ナノコンポジットにおけるポリマーセグメントダイナミクスの2集団ラウスモデル

Rooks, J. R.*; Ferraro, G.*; Fratini, E.*; Osti, N. C.*; 大澤 崇人  ; Faraone, A.*; Wagner, N. J.*

Rooks, J. R.*; Ferraro, G.*; Fratini, E.*; Osti, N. C.*; Osawa, Takahito; Faraone, A.*; Wagner, N. J.*

ポリエチレンオキシドとシリカナノ粒子(NP)のモデルナノコンポジット中のポリマー鎖のセグメントダイナミクスを準弾性中性子散乱を用いて調べた。これらのダイナミクスはいずれもRouseモデルで正確に記述できる。NP表面から遠いバルク状のポリマーは、ニートポリマーと同じように振る舞う。しかし、NP表面に近い界面の遅いポリマーは、緩和時間の異なる第二のラウス集団か、抑制されたラウスモデルで記述される。これらの単純な2つの集団モデルは実験データを正確に再現し、抑制されたラウスモデルは、平均12ビーズごとのトポロジー的制約を記述し、界面の厚さは13.5ビーズまでで、界面の効果はポリマーの端から端までの距離に匹敵する厚さの層まで広がっている。このモデリングは、低荷重でもPNCで観察される補強を説明するものであり、界面の関連性に関する現在の理解と一致する。

Segmental dynamics of polymer chains in a model nanocomposite of poly(ethylene oxide) and silica nanoparticles (NPs) was investigated using quasi-elastic neutron scattering. Both these dynamics can be accurately described with the Rouse model. The bulk-like polymer far from the NP surface behaves as the neat polymer. However, the slower polymer in the interface close to the NP surface is described either with a second Rouse population with different relaxation time or using the suppressed Rouse model. These simple two-population models accurately reproduce the experimental data, with the suppressed Rouse model describing topological constraints on average every 12 beads with an interfacial thickness up to 13.5 beads, and the effect of the interface extending to a layer of thickness comparable to the end-to-end distance of the polymer.