研究人员创造了均匀形状的聚合物纳米晶体

康斯坦茨大学的一组研究人员展示了一种新的水性聚合方法，用于生成具有单链和均匀形状的聚合物纳米颗粒，与之前的方法相比，它涉及高颗粒浓度。标题为“通过活性水性催化聚合的均匀形状单分散单链纳米晶体”的相应论文在Nature Communications中公开。

为了构建纳米材料，需要具有均匀形状和尺寸的纳米颗粒。虽然适合于组装的无机金属或金属氧化物纳米颗粒可以以各种形状产生，但是迄今为止制造除球形以外的形状的聚合物纳米颗粒是非常困难的。康斯坦茨大学化学材料科学教授Stefan Mecking说：“在以前的方法中，单链粒子是通过后聚合塌陷制备的，或者是由单独合成链的溶液组装而成。我们设法做的是直接证明聚合成单链均匀形状的单分散纳米晶体用于聚乙烯，这是最大和最重要的合成聚合物 材料。”

与该方法相关的一个主要挑战是实现可以持续数小时并且达到非常高的分子量的活链和颗粒生长，理想地产生超高分子量聚乙烯的单链纳米晶体。为此，研究人员开发了先进的催化剂。“然后我们进行了一系列压力反应器测试，以确定在较长时间内保持催化活性的理想条件，并深入了解链和颗粒生长过程，”Mecking解释道。“除了新型催化剂外，控制反应混合物的胶体状态是获得所需水性颗粒分散体的另一个关键因素。”

UHMWPE纳米晶的TEM图像。a-d在不同反应时间后从水聚合获得的纳米晶体，显示尺寸和形状的演变(条目1(a)，3(b)，5(c)和7(d)，表2); e，f通过干燥具有不同尺寸的均匀颗粒分散体形成的具有短程有序的层状结构(条目2(e)和7(f)，表2)，颗粒边界用红色标记。

与许多后聚合程序相反，Stefan Mecking和他的团队阐述的水性聚合程序产生高颗粒数密度，这与用于涂料，油漆和其他应用的商业聚合物分散体相当。使用透射电子显微镜(TEM)，研究人员能够确认由此产生的颗粒由单链组成，显示均匀的形状和尺寸分布，并且不聚集。

“尽管我们的组件可能与广泛优化的无机纳米粒子组件不完全匹配，但它们看起来非常有前景，”Mecking总结道。“随着时间的推移，我们对使用水性催化聚合制备各向异性聚合物纳米晶体的见解可能使我们能够创建基于纳米粒子组装的聚合物材料。”