Giriş: Neden Zincir Metalizasyonda Maddeler

Polimerler, monomer birimlerini tekrarlamaktan inşa edilen makromoleküllerdir ve makroskobik davranışları - mekanik güçten optik açıklıka kadar - bu zincirlerin moleküler düzeyde düzenlenmesiyle belirlenir. Bu ilişki, polimerlerin bozulmasından daha derin bir şekilde etkilenir.Devrilen maddeler, bir zincirin nasıl bükülebileceğini veya uzatabileceğini, böylece, bu nedenle de, bu tür bir sertlik alanından veya bozulmamış bir durumda kalma alanın oluşan bir rol üst düzeye çıkarmanın temelini inceler.

Zincir Stiffness Nedir? Tanım ve Fiziksel Basis

Zincir sertlik, aynı zamanda zincir katılığı olarak adlandırılır, bir polimerin düşük sertlik veya hidrojen bağı gibi etkilerini ölçür. üç birincil kaynaktan ortaya çıkar: sırt kemiği bağlarının etrafında rotasyonel enerji bariyerleri, pendant gruplar gibi sert zincirler ve elektronik etkileşimleri, ve düşük sert bir sıvı ile polimerler - örneğin, polindi - C-C tek bağlarını özgürce döndürebilir, birçok tırnakları kabul edebilir.

Sayısallık için Anahtar Parametreleri

Polimer fizikçileri zincir sertliklerini karakterize etmek için birkaç metrik kullanır:

  • [FONT:0)Persistence uzunluğu (L[DÜT:2)[Dönetici:0)[Dönetici: 2) Zincir boyunca hangi yönsel korelasyonların kaybedilmesi durumundadır.
  • [FONT:0)Characteristic oranı (C[DÜT:1) ⁇ [D:2)[Dönetici:0)[Dönetici:0) Bir zincirin gerçek son uç mesafesini özgürce ortak bir zincirle karşılaştırır.
  • [FONT:0)Kuhn uzunluğu (b):[Dönetici: 1) Zincirin istatistik davranışını yeniden üreten eşdeğer bir segmentin uzunluğu.

Bu parametreler, araştırmacıların zincirlerin toplu durumda nasıl ayarlanacağını tahmin etmelerine izin verir. Örneğin, kristalizasyon yolundan uzun bir süre polimer, katlanmış zincir lamellae oluşturmakta eğilimlidir, ancak son derece sert zincirler genişletilmiş zincir kristalleri hizalayabilir.

Kimyasal Faktörler Stiffness

Zincir sertlik, monomer kimyası ve geometriyi bağlamanın doğal olarak bağlantılıdır. Anahtar yapısal özellikler şunlardır:

  • [FONT=0)Back Bone bağ rotasyonu engeller:[Dönder:[Dönder:) Düşük engellerle Tek bağlar (örneğin, C-C polietilen) sabit bir şekilde hareket eden ve homojen halkalar.
  • [FONT:0)Pendant grupları:[Dönemli taraf zincirler (örneğin, poli(ortak methacrylate) bün bariyerleri ve sırt kemiğini sertleştirmek.
  • [FONT:0) Intermolecular etkileşimleri: [Döneticiler arasında güçlü hidrojen bağı, plastik veya proteinler olarak, ekste segmentleri tarafından sertleştirici bir şekilde rasyonel olarak sertlik artırmaktadır.
  • [FONT=0) Solvent ve sıcaklık etkileri: Katılık bir intrinsic özellik olmasına rağmen, çevre tarafından modlanabilir. Çözümde, iyi bir çözücü swells zincirini azaltır ve belirgin bir sertlik azaltır, zayıf bir segmentsel hareketliliği azaltırken, etkili bir sertlik azaltır.

Bu kimyasal kaldıraçları anlamak önemlidir, çünkü sentetik stratejilerin polimer morfolojiyi tam olarak kontrol etmesine olanak sağlarlar.

Kristal Bölge Oluşumunda Zincir Stiffness Rolü

Polimerlerdeki kristal bölgeler üç boyutlu, periyodik dizilerdir, zincirlerin genişletilmiş veya katlanmış uyumları yüksek düzenli olarak teşvik eder. Stiff zincirleri genellikle kristalliği teşvik eder, çünkü daha sonra paketlemeyi kolaylaştıran genişletilmiş uyumları koruyabilirler. Ancak, ilişki nuanced: hem çok esnek hem de son derece katı zincirler büyüme için zorluklar yaratabilir.

Kristallerin Zenginliği ve Büyümesi

Polimer kristalizasyonu iki aşamada oluşur: nükleasyon ve büyüme. nükleksiyon sırasında, zincir segmentleri öncelikle kritik büyüklükte bir embriyoya uyum sağlarlar çünkü zaten yüksek dereceden fazla bir yönelime sahipler.For example, Intermid polimerler (e.g., Kevlar) olağanüstü kristallik sergilemeleri gerekir, çünkü onlar nükleikten yanar.

Bir kez nükleon, kristal büyüme zincir katarakt (eskiden sert polimerler) veya genişletilmiş zincir ekler (çok sert polimerler) - genellikle 5-20 nm – yüzey serbest enerji ve yüksek miktardaki serbest asit arasındaki rekabet tarafından yönetilir; sert bir sırt çantanın bozulması nedeniyle sert zincirler aynı zamanda kalınarak aynı sertleşmiştir.

Spherulite Morphology ve Stiffness

Yarı iletken polimerler genellikle zincir hareketliliğine ve kristal büyüme oranlarına bağlıdır, çünkü segmentleri kristal ön cepheye eklemek zorundadır. Bu genellikle daha küçük, daha çok spherulit büyüklüğüne yol açar. (iPP) orta bir sertlik ve formlar daha yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaşlar (pır)

İlginçtir, sertlik aynı zamanda iki kristal form arasındaki bir sertlik gösterebilir: bir yüz-on yönelimi (kahkahalar) ve kenar-ofiziksel uzunluk (P3HT), araştırmacılar polimorph'ı kontrol eder ve böylece organik ince film transistörleri arasındaki şarj hareketliliğini etkiler.

Genişletilmiş-Chain Kristalleri ve Whiskers

Ultra-stiff polimerleri her zincir katı durumda kristalin içinden geçtiği genişletilmiş zincir kristalleri oluşturabilir. Klasik bir örnek, poli(tetrafluoropi) (PTFE), bu, sıvıdaki esnekliğine rağmen, kristalinler büyük ölçüde sert sırt kemiği ve sertliği yüksek basınçlı ve sertleştirici olarak yüksek çözünürlükte görülür.

Özetle, zincirleme kristalliği, zincirleme maliyetini azaltır, moleküler dinamik simülasyonları kullanarak teşvik eder[Döneticileri kullanarak, genişletilmiş zincir kristalleri ölçebilir, ancak aşırı sertlik, büyüme oranını azaltır.

Amorphous Bölgelerin Oluşumu: Zincir Flexability

Amorphous bölgeler, polimer zincirlerinin rastgele kilitler benimsemeleri gibi düzensiz alanlardır. Flexability - inverse of Seikoity - polistyrene ve p Polikarbonatları gibi basit bir polimerlerin birincil sürücüsüdür.

Cam Geçiş ve Segmental Hareketliliği

Cam geçiş sıcaklığı (T)[Dönetici:0)[Dönetici), s. s. s. .. .... ... .... ... ... ..... .. ... .. ... {[D) {2}[D) {2}{2}{3}) {1}{15|Dörtücük bir arka s s s.

Zincirli sertlik sadece T) değil, aynı zamanda geçişin ekmek karışımları ve blok kopolimerler arasında çeşitli sertliklerle bağlantı kurdu - esnek bloklar bozukluk formasyonlarına eğilimlidir, yüksek çözünürlükte ise yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylerde de kullanılabilir.

Semiomeline Polimerlerde morfiyal Bölgeler

Yarı iletken polimerler bile önemli bir morfiyon içeriyor - genellikle 30–70%. Amorphous bölgeler lamellae (interlamellar amorphous) ve spherulitler (intrasphelitik amorfiyonel) zincirleme etkileri, bu eksiltme tabakalarının özellikleri arasında yer alıyor.

Aşırı esneklik Kristalizasyonunu Nasıl Önlemsel Flexability

Zincirler çok esnek olduğunda, sipariş edilen genişletilmiş kontrasepasyonu kristal lattice kayıtlarının kısa süreler için bile gerekli tutamazlar - rastgele stereokimya ile olanlar - atactic polisty gibi - normal bir yan grubu yerleştirmesi, normal bir arka uçsuzluğa sahip değildir, ancak aşırı derecede düşük rotasyonel engellere bakılmaksızın, sadece aşırı derecede düşük bir ısı koşulları altında kalır (PIB)

Böylece, morföz bir aşama sadece “tahıntının” değil – bu, zincirli sertlikle şekillendirilen yapısal bir kompleks bölgedir.In ayarlanan sertlikle, polimer tasarımcıları, zincir uçlarının kalınlığını kontrol edebilir ve malzemenin genel sertliğini kontrol edebilir.

Kristalline ve Amorphous Domainleri: Mülkiyet Mühendisliği

Bir polimer ürünün performansı nadiren sadece kristalite veya morfiğe bağlıdır. Bunun yerine, iki arasındaki etkileşim - yarı kristal yapı - malzemenin davranışını belirler. Zincir sertlik oranı, morfoloji ve bu aşamaların bağlantısını oluşturan usta knobdur.

Kristallik ve Stiffness'e olan yakınlığı

Kristallik derecesi (X[DÜDÜ:0)[Dönetici:0)) sipariş edilen bölgelerin ağırlık veya hacimsel kısmıdır. Stiff polimerleri genellikle X) .) benzer termal histories altında esnek olanlara kıyasla daha yüksek gösterir.

  • [FONT=0)Poly( ⁇ terephthalate) (PET): [DÜDÜDÜDÜ:2)[DÜDÜDÜ:2)[DÜye Olmayanlar İçindekiler% 30–40% eklenmeden sonra.
  • [FONT=0) {0}[0]Poly(e theretherketone) (PEEK): [Dönder:0) [FONT=0) x}c)% 40-50
  • [FONT:0)Poly(tetrafluororetin) (PTFE): [DFLT:1) çok sert helical backhorn, X)c) uygun işlemle %90'ı aşabilir.
  • [FONT:0) Yüksek çözünürlükte polietilen (HDPE): [Dönder: 1) esnek arka kemiği, ancak lineer zincir X}c) ● sajörlüğün eksikliği nedeniyle% 80'e kadar, doğal sertlik nedeniyle değil.

Ancak, zincirliliği yalnızca yüksek kristalliği garanti etmez; hem de hızla diffüz bir maddeye giden zincir normalliği ve yeteneği, hidrojen bağı etkili zincir sertliklerini arttırır ve kristalliği sürücüler. İlişki karmaşıktır, ancak özetlenebilir: sertlik dengeyi arttırır ve hem de entropik cezayı azaltır, hem de kristalleşme gücünü arttırır.

Mekanik Özellikler: Stiffness Trade-offs

Bir yarı kristal polimerin değiştiricisi ve gücü kristallik ile artar - bir noktaya kadar Stiff zincirleri kristalin fazda daha yüksek modulus üretir, ancak amorf bir faz çok katı (yüksek T) yarı kristal sistemlerde (Düzücü sistemlerde) yüksek çözünürlükte, sert bir faz (Tüzükleer) yüksek çözünürlükte (Tüzüklü, sert bir faza rağmen yüksek derecede sert bir ısıya sahiptir.

Elastiklik ve ürpertici direnci aynı zamanda, PEEK gibi zincirsel sertlikte de vardır, esnek amorf segmentler dikilir ve akışlar, ürpertici veya sert dolgular ilerleyiciler, ancak betonlar için uygun hale getirirler.Bu nedenle mühendislik termoplastikleri sert bir sırt kemiği birleştirir (yüksek Tg[FLT)

Optik ve Termal Özellikler

Transparency kristalite ile ilgilidir, çünkü kristal bölgeler boyutlarını 100 nm. Stiff polimerleri kristalin yavaş veya form nano ölçekli kristaller (örneğin, bazı polyesterler) şeffaf kalabilirler.[T[Döneticiler, poliimitler) sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık ısıtılır; bu yüksek TFLT:0)

Polimerlerde ısı iletkenliği de zayıftır. Kristal bölgeler, PDMS gibi sert olmayan polimerlerden daha verimli ısı harcar, ancak daha da önemlisi kristaldeki sert zincirlerin yönelimidir. Yüksek derecede odaklı, sert polimerler gibi Kevlar veya karbon fiber öncüleri ısıtılır[DMS) ısı akışlarında sert zincirler hizalanırken, ısınır.

Polimer Mimarileri Tuning Stiffness

Modern polimer kimyası, monomer tasarımı, kopolimerizasyon ve işleme yoluyla zincirsel sertlik konusunda mükemmel bir kontrol sunar. Örneğin:

  • [FONT=0) Katı birimleri tanıtarak: [Dönetici halkaları veya heterosiklikleri (örneğin, imide, benzoxazole) arka kemiğini arttırır ve T).
  • [FONT:0)Flexible spacers:[Döneticileri ekleyenler: [Döneticileri [Döneticileri: 2)[Döneticileri: 4 )[Dönemli gruplar arasında yer alanlar, katı kristalleşme kinetiği tertemiz polimerler için kullanılır.
  • [FONT=0)Copolimerization:[Dönetici:[Dönetici:0) Rastgele kopolimerler, kompozisyon heterojenliği nedeniyle kristalliği bozuyorlar, ancak sert ve esnek segmentler ile kopolimerler, nano ölçekli kristal-amorför kalıpları oluşturmak için mikrofayda olabilir.
  • [FONT:0)Processing:[Dönetici: [Dönetici: 0,4] Hear ve uzatma işlemi enjeksiyon sırasında sert zincirler, kristallik ve moduluslar artırılabilir. Bu, yüksek çözünürlükli polietilen fiberler yapılır: esnek sırt kemiğine rağmen, yüksek moleküler ağırlık ve aşırı çekme oranları yüksek derecede odaklanmış kristaller üretebilir.

[FONT:0) Polimer Kimyasında 2017 bir inceleme[Dönetici: 1 ) Katı bir steroid veya amid gruplarının başka türlü esnek bir poliolefin arka kemiğine dahil edilmesi, kristalleşmeden kristalleşmenin (özellikle de morfiyon) ayarlanmasının, 50 °C'yi aşan noktalarla ne kadar hassas bir şekilde birleştirmenin olanak sağlar.

Sonuç: Zincir İkincillik Evrensel Tasarım Değişkenliği Olarak

Zincir sertlik sadece moleküler bir merak değildir; bu, kristalin ve kristalin özellikleri ve polimerlerdeki morfolojik bölgeleri yöneten temel bir parametredir.Demokratın yüzeysel boyutu kontrol ederek, bir polimer kristalinzelerin, mekanik, termal ve optik performanslar arasındaki etkileşim.

Hesaplama yöntemleri ve karakterizasyon teknikleri ilerlemeye devam ettikçe, polimer bilim adamları, sentetik düzeyde zincirsel sertlik üzerinde daha kesin bir kontrol kazanıyorlar.Bu, gelecek nesil malzemelere giden rotalar açıyor: yüksek sıcaklıkları henüz kullanmaya zorlanan polimerler, yüksek kristalliği sert bir şekilde birleştirirken, yüksek kristalliği dinamik işlevsellikle uyumlu hale getirir.

Özetle, zincir sertlikünün moleküler tasarımı, şu anda ulaşılamayan özellikleri yaratmak için güçlü bir avantajdır.