研究粒子表面-高分子相互作用及其对分子松弛行为的影响，对高分子纳米复合材料(PNC)结构与性能控制极为重要。如何表征、调控PNC界面结构、粒子相结构一直是国际研究热点和难点。最近，功能材料与流变学研究室在PNC界面结构与流变行为关系研究方面取得重要突破，发展了基于界面相互作用的界面结构、PNC黏弹性操控策略，为“界面层属性可预测”、 “黏弹性可调控”的高性能化PNC的加工制备提供了理论指导。

 1.在利用亲水、疏水气相法白炭黑开发湿气固化聚氨酯胶黏剂的过程中，偶然发现痕量(占白炭黑的0.3 wt %)湿气固化催化剂(双叔胺、有机锡)在促进胶黏剂固化、调控黏接强度的同时，显著影响未固化悬浮体系的流变行为(促进或抑制凝胶)与施工操作性。通过大量配方设计与流变表征，阐明了动态零切黏度跨越4个数量级的溶胶、弱凝胶、强凝胶的流变特性与界面调控原理，建立了新的临界应变能~动态零切黏度关系相图。与传统的临界应力~粒子体积分数相图相比，新建相图适用性更强，揭示了低速剪切变稀(等应变能控制)、剪切增稠(等应变)、高速剪切变稀 (等应力、等应变、等能)的产生条件。研究结果为理解高分子纳米复合材料的复杂流变行为、发展剪切增稠型悬浮体系、调控胶黏剂流变与加工性能提供了理论指导。相关结果发表在Journal of rheology 2015,59,971-993.。

    2.为揭示PNC溶胶-凝胶转变机理，采用白炭黑/聚醚为模型体系系统考察了白炭黑表面化学的影响，发现聚醚在白炭黑表面形成玻璃化层(immobilized glassy layer)，玻璃化层厚度随界面氢键作用位点增加而增加，其几何逾渗与溶胶-凝胶转变点相对应。研究结果首先严格证明了纳米粒子填充极性聚合物的溶胶-凝胶转变机理，为白炭黑/聚醚剪切增稠液体及抗冲型锂离子电池电解质材料的开发与性能调控提供了理论依据。相关结果发表在 Langmuir 2015, 31, 13478−13487。

    3.采用微量胺(氢键受体，占白炭黑的3 wt %)调控白炭黑/聚醚模型体系的溶胶-凝胶转变，发现微量叔胺可使固定化层厚度由1.5 nm 增至4.5 nm，使其沿最临近粒子更易发生几何逾渗易，造成悬浮体系在白炭黑体积分数仅为2%时即发生凝胶转变。该研究建立的界面层调控方法简单易行，成本低，无污染，为极性高分子纳米复合材料微观结构与流变行为的调控提供了全新的途径。相关成果发表在 Macromolecules 2015, 48, 9015−9023上。

    三篇论文的第一作者为我系博士生郑重同学，指导老师为宋义虎教授、郑强教授。