当纳米颗粒 (NP) 嵌入聚合物网络中时，其动力学会显着减慢。了解控制这种放缓的因素在许多领域都非常重要，例如材料科和基于聚合物的传感器，生物物理学和医药，特别是在药物输送方面的应用。尽管近年来纳米颗粒在聚合物溶液和熔体中的扩散已成为众多理论研究的主题和模拟研究，但只有少数研究涉及永久交联网络中的 NP 扩散问题。 在含有不可逆交联的聚合物固体中，如干网络（例如橡胶）和凝胶 ，约束释放机制完全关闭，大纳米粒子运动的唯一可用过程是跳跃，即激活运动由纠缠/交联网格的局部波动触发。
法国蒙彼利埃大学 团队 对无序和多分散的聚合物网络中的 NP 扩散进行了模拟研究。 作者使用分子动力学模拟，研究了嵌入无序和多分散聚合物网络中的球形纳米粒子 (NP) 的静态和动态特性。考虑纯排斥和弱吸引力的聚合物-NP 相互作用。发现对于这两种类型的粒子，中长时间的NP 动力学受限制参数C = σN /λ 控制，其中 σN是 NP 直径，λ是交联的动态定位长度。作者确定了三种动力学状态：（i）对于弱限制（C ≲ 1），NPs 可以通过网格自由扩散；(ii) 对于强约束 (1 ≲ C ≲ 3)，NPs通过激活的跳跃进行；(iii) 对于极端限制 ( C ≳ 3)，均方位移在中间时间尺度上显示为准平稳状态，因为 NP 长时间被困于网格。逃离这个局部笼子是一个强烈依赖于局部环境的过程，因此产生了极其异质的松弛动力学。作者对模拟数据与凝胶中纳米颗粒扩散过程的两种主要理论进行了比较。两种理论都很好地描述了 NP 扩散常数的C依赖性，但未能再现中间时间尺度的异质动力学。
图 1.对于排斥性 NP ，ρ m0 = 0.290 和 σ N = 6.0时的系统快照。NP、交联和二价单体分别用红色、蓝色和绿色球体表示。
相关论文以题为 Dynamics of Nanoparticles in Polydisperse Polymer Networks: from Free Diffusion to Hopping 发表在《 Macromolecules 》上。 通讯作者 是 法国蒙彼利埃大学 Walter Kob、Valerio Sorichetti、 Virginie Hugouvieux教授 。
参考文献：
doi.org/10.1021/acs.macromol.1c01394