결정이 흐를 때: 폴리머의 녹는점

결정이 흐를 때: 폴리머의 녹는점: 반결정성 폴리머는 녹는점 이상에서만 흐르는 것으로 가정되는 고체입니다. Science Advances에 발표된 새로운 연구에서 Chien-Hua Tu와 독일 막스 플랑크 고분자 연구 연구소 및 그리스 이오안니나 대학교 연구팀은 나노 크기의 원통형 기공 내에 결정을 가두어 녹는점 이하에서 반결정성 고분자의 유동 특성을 보여주었습니다. 용융 및 결정 상태에 대한 점도의 중간 상태와 함께 지점.

현상이 진행되는 동안 모세관 현상이 강해 결정이 녹지 않고 고분자 사슬이 기공 속으로 끌어당겨졌습니다. 저온에 적용할 수 있는 유동 촉진 폴리머 처리 조건의 예상치 못한 개선은 유기 전자 장치에 사용하기에 적합합니다.

약 2,500년 전, 철학자 헤라클레이토스는 "모든 것이 흐른다"고 제안했는데, 영하의 온도에서 완벽한 결정은 흐르지 않지만 결정질 물질은 특정 조건에서 흐릅니다. 예를 들어, 약 100년 전의 기존 연구에서는 얇은 비정질 층으로 둘러싸인 흐르는 금속 입자 형태의 주철 흐름이 과냉각된 액체와 유사하다는 사실이 밝혀졌습니다.

분자 역학 시뮬레이션을 사용하여 연구원들은 소성 변형에 대한 복잡한 결정립 경계 "유체"의 중요성을 추가로 제안하는 아이디어를 확인했습니다. 예를 들어, 지구의 내부 코어는 철을 결정 상태로 유지한다고 유사하게 제안되었습니다. 더욱이 해왕성과 천왕성과 같은 행성의 핵은 초이온성 결정수로 구성되어 있고, 흘러 자기장이 발생하는데, 이것이 궁극적으로 우리의 존재를 가능하게 했을 수도 있다.

유체와 같은 이동성을 나타내는 결정질 물질은 "슈퍼이온"으로 알려져 있으며 에너지 응용에 중요합니다. 반결정질 폴리머는 정상적인 조건에서는 흐르지 않는 고체입니다. 이 연구에서 Tu와 동료들은 반결정성 폴리머가 어떻게 유동을 겪는지 보여주었습니다. 현상을 조사하기 위해 그들은 두 개의 반결정질 폴리머를 사용했습니다. 특정 분자 특성을 지닌 폴리(에틸렌 옥사이드) 및 폴리(ε-카프로락톤). 재료 과학자들은 기존 문헌 프로토콜을 기반으로 연구를 위해 자체 정렬된 나노다공성 알루미나 템플릿을 개발했습니다.

과학자들은 벌크 폴리에틸렌 옥사이드 재료의 열역학, 구조 및 유변학적 특성을 조사했습니다. 그리고 데이터를 통해 알루미나 주형 위의 물질막이 반결정 상태임을 확인했습니다. 연구팀은 소각 X선 산란을 통해 결정질 라멜라의 도메인 간격 조직을 관찰했습니다. 그들은 용융물에서 주변 온도까지 천천히 냉각된 필름을 사용하여 벌크 폴리에틸렌 산화물의 상부 구조를 연구하기 위해 편광 광학 현미경을 사용했습니다. 결과는 폴리에틸렌 옥사이드에 대한 단일 구형 상부 구조를 나타냈지만, 촉매로 합성된 폴리(ε-카프로락톤)의 구조적 역학은 달랐습니다.

연구팀은 양극산화알루미늄 템플릿 내에서 두 가지 고분자 물질의 흡수(물질의 팽창을 유발하는 물의 흡수)를 28일 동안 수행하고 주사전자현미경과 원자간력현미경으로 샘플을 관찰하여 특성을 분석했습니다. 폴리에틸렌 옥사이드의 상대적으로 매끄러운 외관과 달리 폴리(ε-카프로락톤) 재료는 결정 내 확산의 다양한 형태학적 기원으로 인해 풍부한 입자 구조를 나타냅니다. 연구진은 물질의 표면 모양을 연구한 후 나노 적외선 현미경을 사용하여 두 물질의 표면 지형에 대한 추가 이미지를 얻었습니다. 결과는 폴리에틸렌 옥사이드의 반결정질 특성을 명확하게 보여주었습니다. 그들은 또한 실험 설정에서 모세관력이 유동 중에 결정을 녹일 만큼 충분히 높을 가능성을 언급했으며, 실험 중에 반결정질 폴리머의 점도가 감소한다는 점에 주목했습니다.

반결정질 상태로부터의 흡수로 알려진 유체 흡수 및 물질 팽창의 메커니즘은 결정질 및 비정질 영역의 역학에 의존합니다. 비정질 및 결정질 영역에 4가지 프로세스가 작용했습니다. 분절 이완은 비정질 영역의 역학을 지배하는 반면, 다른 세 가지 프로세스는 결정 영역에 영향을 주어 폴리에틸렌 산화물과 같은 결정 이동 폴리머에 대한 결정 내 사슬 확산을 보여줍니다.