Mobility of Nonsticky Nanoparticles in Polymer Liquids.
Mobility of Nonsticky Nanoparticles in Polymer Liquids.
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DOI：
10.1021/ma201583q
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发表时间：
2011-10-11
期刊：
影响因子：
5.5
通讯作者：
Rubinstein M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cai LH;Panyukov S;Rubinstein M
本文利用标度理论推导了尺寸为d的球形探针粒子在聚合物溶液和熔体中经历热运动时的均方位移<$Δr2 <$的时间依赖关系。粒径小于溶液相关长度<$的颗粒进行普通扩散（<$Δr2（t）<$~ t），扩散系数与纯溶剂中的扩散系数相似。中等尺寸的颗粒（λ < d < a）的运动（其中a是缠结聚合物液体的管直径）在短时间尺度下是亚扩散的（λ Δr2（t）λ ~ t1/2），因为它们的运动受聚合物链的子部分的影响。在长时间尺度上，这些颗粒的运动是扩散性的，它们的扩散系数由链尺寸与颗粒直径d相当的聚合物液体的有效粘度决定。大于管直径a的粒子在比缠结链的弛豫时间τe短的时间尺度上的运动类似于中等尺寸粒子的运动。在较长的时间尺度（t > τe）下，大颗粒（d > a）被缠结网捕获，并且为了进一步移动，它们必须等待周围的聚合物链在爬行时间尺度τrep处松弛。在较长的时间t > τrep，这种大颗粒（d > a）的运动是扩散的，扩散系数由缠结的聚合物液体的体积粘度确定。我们的预测与实验和计算机模拟的结果是一致的。
We use scaling theory to derive the time dependence of the mean-square displacement 〈Δr2〉 of a spherical probe particle of size d experiencing thermal motion in polymer solutions and melts. Particles with size smaller than solution correlation length ξ undergo ordinary diffusion (〈Δr2 (t)〉 ~ t) with diffusion coefficient similar to that in pure solvent. The motion of particles of intermediate size (ξ < d < a), where a is the tube diameter for entangled polymer liquids, is sub-diffusive (〈Δr2 (t)〉 ~ t1/2) at short time scales since their motion is affected by sub-sections of polymer chains. At long time scales the motion of these particles is diffusive and their diffusion coefficient is determined by the effective viscosity of a polymer liquid with chains of size comparable to the particle diameter d. The motion of particles larger than the tube diameter a at time scales shorter than the relaxation time τe of an entanglement strand is similar to the motion of particles of intermediate size. At longer time scales (t > τe) large particles (d > a) are trapped by entanglement mesh and to move further they have to wait for the surrounding polymer chains to relax at the reptation time scale τrep. At longer times t > τrep, the motion of such large particles (d > a) is diffusive with diffusion coefficient determined by the bulk viscosity of the entangled polymer liquids. Our predictions are in agreement with the results of experiments and computer simulations.
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