在科研和工業(yè)領(lǐng)域，聚二甲基硅氧烷（PDMS）因其卓越的性能和廣泛的應(yīng)用而備受關(guān)注。

值得注意的是，由于其出色的耐低溫性能，PDMS在低溫環(huán)境中具有獨特的應(yīng)用價值。它常被用作低溫存儲容器的密封墊圈、低溫反應(yīng)器的密封件以及低溫傳感器的外殼。然而，PDMS在低于其熔點（Tm≈228 K）時會迅速結(jié)晶，導(dǎo)致其彈性顯著降低。

在硅基彈性材料改性中，加入填料是必不可少的，其目的是提高材料的抗凍性能。然而，加入納米填料顆粒后，聚合物的結(jié)構(gòu)、動力學(xué)、相互作用強度、熱轉(zhuǎn)換和性能會發(fā)生顯著變化，低場核磁技術(shù)可以通過研究諸如橫向弛豫時間T2、高分子鏈段中自由鏈、剛性鏈的相對比例組成隨溫度變化的情況，表征材料的耐低溫性能。

在該應(yīng)用中，作者通過可變溫的低場核磁設(shè)備研究了不同溫度下，添加了不同比例SiO2的PDMS(VMQ/SiO2)弛豫譜圖，他們使用了MSE序列,以確保核磁弛豫信號的完整性。

圖a顯示了使用修正的威布爾函數(shù)對低溫下的弛豫曲線進行擬合的結(jié)果，擬合出的成分主要有三部分，分別是自由鏈、剛性鏈、半剛性鏈。

圖b中可以看出，隨著溫度的降低，材料弛豫變快，表明了溫度確實會影響材料中氫質(zhì)子的運動性能，此時材料的剛性組成主要有兩部分，分別是結(jié)晶區(qū)域、聚合物和粒子表面之間的化學(xué)交聯(lián)形成的緊密結(jié)合層（其中沒有添加的SiO2的PDMS剛性區(qū)域僅由晶態(tài)區(qū)域組成）。

如圖c和d所示的擬合結(jié)果表明，VMQ/SiO2在Tm（熔點:228K）以下的剛性分?jǐn)?shù)(fr,NMR)發(fā)生突變，且超過30%。在180 K的半剛性區(qū)域也觀察到了類似的趨勢,半剛性的組分差不多在60%。

圖c中還表明，材料在228K后的剛性組分的含量隨著硅納米粒子填料的含量的增加而減少，表明納米例子的加入確實提高了材料的抗凍性能。

參考資料

Xiong, Y. Q.; Li, C. L.; Lu, A.; Li, L. B.; Chen, W. Conformational disorder within the crystalline region of silica-filled polydimethylsiloxane: a solidstate NMR study. Chinese J. Polym. Sci. https://doi.org/10.1007/s10118-024-3164-y

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