Materials by Design for Stiff and Tough Hairy Nanoparticle Assemblies

材料科学 纳米颗粒 纳米复合材料 韧性 聚合物纳米复合材料 聚合物 复合材料 纳米技术
作者
Nitin K. Hansoge,Tianyu Huang,Robert Sinko,Wenjie Xia,Wei Chen,Sinan Keten
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (8): 7946-7958 被引量:52
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b02454
摘要

Matrix-free polymer-grafted nanocrystals, called assembled hairy nanoparticles (aHNPs), can significantly enhance the thermomechanical performance of nanocomposites by overcoming nanoparticle dispersion challenges and achieving stronger interfacial interactions through grafted polymer chains. However, effective strategies to improve both the mechanical stiffness and toughness of aHNPs are lacking given the general conflicting nature of these two properties and the large number of molecular parameters involved in the design of aHNPs. Here, we propose a computational framework that combines multiresponse Gaussian process metamodeling and coarse-grained molecular dynamics simulations to establish design strategies for achieving optimal mechanical properties of aHNPs within a parametric space. Taking poly(methyl methacrylate) grafted to high-aspect-ratio cellulose nanocrystals as a model nanocomposite, our multiobjective design optimization framework reveals that the polymer chain length and grafting density are the main influencing factors governing the mechanical properties of aHNPs, in comparison to the nanoparticle size and the polymer-nanoparticle interfacial interactions. In particular, the Pareto frontier, that marks the upper bound of mechanical properties within the design parameter space, can be achieved when the weight percentage of nanoparticles is above around 60% and the grafted chains exceed the critical length scale governing transition into the semidilute brush regime. We show that theoretical scaling relationships derived from the Daoud-Cotton model capture the dependence of the critical length scale on graft density and nanoparticle size. Our established modeling framework provides valuable insights into the mechanical behavior of these hairy nanoparticle assemblies at the molecular level and allows us to establish guidelines for nanocomposite design.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
充电宝应助科研通管家采纳,获得10
刚刚
完美世界应助科研通管家采纳,获得100
刚刚
大模型应助科研通管家采纳,获得10
刚刚
科研通AI6.4应助我爱科研采纳,获得10
刚刚
bkagyin应助科研通管家采纳,获得10
刚刚
刚刚
大模型应助mengdi采纳,获得10
1秒前
ch完成签到,获得积分10
2秒前
SciGPT应助含糊的茹妖采纳,获得10
2秒前
上官若男应助冷酷雪碧采纳,获得10
3秒前
3秒前
往事随风发布了新的文献求助10
3秒前
23发布了新的文献求助20
6秒前
7秒前
1503完成签到 ,获得积分10
7秒前
方东发布了新的文献求助30
7秒前
weixia应助xiaohong采纳,获得10
8秒前
可爱的函函应助明远采纳,获得10
8秒前
高贵棉花糖完成签到,获得积分10
9秒前
11秒前
我是真人发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
李健的粉丝团团长应助Z1采纳,获得10
12秒前
科研通AI6.4应助义气凌雪采纳,获得10
13秒前
蔡莹完成签到 ,获得积分10
13秒前
14秒前
全智贤完成签到,获得积分10
14秒前
滑西列夫斯稽完成签到,获得积分10
15秒前
五档张诊人完成签到,获得积分10
15秒前
温柔摩托发布了新的文献求助10
17秒前
阿巴发布了新的文献求助10
17秒前
顾矜应助维c泡腾片采纳,获得10
18秒前
18秒前
20秒前
20秒前
酷波er应助zzzz采纳,获得10
20秒前
21秒前
22秒前
cx应助麻瓜采纳,获得10
23秒前
23秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
模型平均及其应用 900
Nondestructive Testing Handbook: Vol. 4, Thermal and Infrared Testing (IR), 4th ed 800
作者名:Kristopher P. Plain,悉尼大学的,目前只能查到其四篇论文,想找到其博士论文 590
Évora na Idade Média 555
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Structural Analysis 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7351940
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8963403
关于积分的说明 19041724
捐赠科研通 7001157
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3221458
关于科研通互助平台的介绍 2385864
邀请新用户注册赠送积分活动 2201884