Neutron Spin Echo Spectroscopy Viscoelasticity Rheology

ویسکوالاستیک و ویژگی های حمل و نقل پلیمرها در حالت مایع (محلول، مذاب) یا مایع مانند (لاستیک) فرآیند و کاربرد آنها را تا حد زیادی تعیین می کند و از اهمیت فیزیکی اساسی برخوردار است [1-3]. بنابراین درک این خواص دینامیکی در سطح مولکولی از اهمیت بالایی برخوردار است. با این حال، این درک با این واقعیت پیچیده است که فرآیندهای هیجانی ممکن است در مقیاس های طول متفاوت رخ دهند و اینکه دینامیک توسط خواص زنجیره جهانی و همچنین ساختار شیمیایی ویژه واحدهای مونومر کنترل می شود [4،5]. اولین و ساده ترین رویکرد در این جهت از معادلات لانگوین با راه حل هایی که طیفی از حالت های آرامش را در بر می گیرند شروع می شود [1-4]. ویژگی‌های ویژه عبارتند از ادغام نیروهای آنتروپیک (مدل Rouse، [6]) که موجب کاهش آنتروپی کاهش می‌شوند و برهم‌کنش‌های هیدرودینامیکی (مدل Zimm، [7]) که حرکات قطعه‌ای را از طریق لایه‌های پشتی دوربرد در محلول‌های پلیمری جفت می‌کنند. و گنجاندن محدودیت‌ها یا درهم‌تنیدگی‌های توپولوژیکی (مدل reptation یا لوله، [8-10]) که متقابلاً در یک مجموعه متراکم از زنجیره‌ها تحمیل می‌شوند. رویکرد دیگر، نادیده گرفتن جزئیات ساختار شیمیایی و تمرکز بر روی عناصر جهانی آرامش زنجیره، مبتنی بر ملاحظات پوسته‌گذاری دینامیکی است[4،11]. به ویژه در محلول‌های پلیمری، این رویکرد ابزاری ظریف برای مشخص کردن روندهای کلی دینامیک پلیمرها است، اگرچه مولفه‌های زیادی از کمبود وجود دارد. تفسیر یک آزمون واقعی از این رویکردهای نظری نیازمند روش‌های میکروسکوپی است که به طور همزمان به تکامل مکانی و زمانی تقسیم قطعه‌ای دسترسی مستقیم می‌دهد. در اینجا، روش‌های پراکندگی شبه الاستیک نقش مهمی ایفا می‌کنند زیرا امکان اندازه‌گیری توابع همبستگی مربوطه را فراهم می‌کنند. به ویژه، طیف‌سنجی نوترون اسپینکو (NSE) با وضوح بالا [12-15] برای چنین تحقیقاتی بسیار مناسب است زیرا این روش محدوده زمانی مناسبی را پوشش می‌دهد (0.005/0) 40) و فضا (r/nm [15). علاوه بر این، امکان علامت گذاری توسط تبادل هیدروژن-دوتریوم امکان مشاهده رفتار تک زنجیره ای حتی در مذاب را فراهم می کند.

Viscoelasticandtransportpropertiesofpolymersintheliquid(solution,melt)or liquid-like (rubber) state determine their processing and application to a large extent and are of basic physical interest [1—3]. An understanding of these dynamic properties at a molecular level, therefore, is of great importance. However,thisunderstandingiscomplicatedbythefactsthatdi?erentmotional processes may occur on di?erent length scales and that the dynamics are governed by universal chain properties as well as by the special chemical structure of the monomer units [4,5]. The earliest and simplest approach in this direction starts from Langevin equations with solutions comprising a spectrum of relaxation modes [1—4]. Special features are the incorporation of entropic forces (Rouse model, [6]) which relax uctuations of reduced entropy, and of hydrodynamic interactions (Zimm model, [7]) which couple segmental motions via long-range back ow elds in polymer solutions, and the inclusion of topological constraints or entanglements (reptation or tube model, [8—10]) which are mutually imposed within a dense ensemble of chains. Another approach, neglecting the details of the chemical structure and concentratingontheuniversalelementsofchainrelaxation,isbasedondynamic scalingconsiderations[4,11].Inparticularinpolymersolutions,thisapproach o?ers an elegant tool to specify the general trends of polymer dynamics, although it su?ers from the lack of a molecular interpretation. A real test of these theoretical approaches requires microscopic methods, which simultaneously give direct access to the space and time evolution of the segmental di?usion. Here, quasi-elastic scattering methods play a crucial role sincetheyallowthemeasurementofthecorrespondingcorrelationfunctions.In particular,thehigh-resolutionneutronspinecho(NSE)spectroscopy[12—15]is very suitable for such investigations since this method covers an appropriate range in time (0.005)t/ns)40) and space (r/nm [15). Furthermore, the possibilityoflabellingbyhydrogen-deuteriumexchangeallowstheobservation of single-chain behavior even in the melt.