Beyond nothingness in the formation and functional relevance of voids in polymer films

渗透 材料科学 分子动力学 聚酰胺 纳米材料 纳米技术 聚合物 化学物理 复合材料 化学 计算化学 渗透 生物化学
作者
Falon C. Kalutantirige,Jinlong He,Lehan Yao,Stephen Cotty,Shan Zhou,John W. Smith,Emad Tajkhorshid,Charles M. Schroeder,Jeffrey S. Moore,Xueyan Feng,Xiao Su,Ying Li,Qian Chen
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 2852-2852 被引量:11
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46584-2
摘要

Abstract Voids—the nothingness—broadly exist within nanomaterials and impact properties ranging from catalysis to mechanical response. However, understanding nanovoids is challenging due to lack of imaging methods with the needed penetration depth and spatial resolution. Here, we integrate electron tomography, morphometry, graph theory and coarse-grained molecular dynamics simulation to study the formation of interconnected nanovoids in polymer films and their impacts on permeance and nanomechanical behaviour. Using polyamide membranes for molecular separation as a representative system, three-dimensional electron tomography at nanometre resolution reveals nanovoid formation from coalescence of oligomers, supported by coarse-grained molecular dynamics simulations. Void analysis provides otherwise inaccessible inputs for accurate fittings of methanol permeance for polyamide membranes. Three-dimensional structural graphs accounting for the tortuous nanovoids within, measure higher apparent moduli with polyamide membranes of higher graph rigidity. Our study elucidates the significance of nanovoids beyond the nothingness, impacting the synthesis‒morphology‒function relationships of complex nanomaterials.

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