NMR investigation of polymer nanocomposites

Abstract

The development of polymer nanocomposites has led to materials with enhanced and unique properties, driven by the interaction between polymers and nanoparticles. This thesis explores the dynamic behavior of Polyethylene oxide (PEO) in various confined environments using advanced Nuclear Magnetic Resonance (NMR) techniques. We investigate PEO dynamics under three distinct confinement scenarios: restriction by its own crystal lattice, confinement between nanometer-spaced clay platelets, and adsorption on spherical silica nanoparticles. Employing a suite of solid-state NMR methodologies, we probe the molecular motions and structural characteristics of PEO in these diverse nanocomposite systems. The research provides insights into the complex interplay between PEO and nanoscale surfaces, elucidating the effects of geometric confinement and surface interactions on polymer properties. By bridging fundamental polymer physics with practical nanocomposite design, this work paves the way for developing advanced materials with precisely controlled characteristics at the molecular level.

Die Entwicklung von Polymer-Nanokompositen hat zu Materialien mit verbesserten und einzigartigen Eigenschaften geführt, die durch die Wechselwirkung zwischen Polymeren und Nanopartikeln bedingt sind. Diese Dissertation untersucht das dynamische Verhalten von Polyethylenoxid (PEO) in verschiedenen eingeschränkten Umgebungen unter Verwendung fortschrittlicher Kernspinresonanz (NMR)-Techniken. Wir analysieren die Dynamik von PEO in drei unterschiedlichen Konfinierungsszenarien: Beschränkung durch das eigene Kristallgitter, Konfinierung zwischen nanometerabstandenen Tonplättchen und Adsorption auf sphärischen Silica-Nanopartikeln. Mithilfe einer Reihe von Festkörper-NMR-Methoden untersuchen wir die molekularen Bewegungen und strukturellen Eigenschaften von PEO in diesen verschiedenen Nanokomposit-Systemen. Die Forschung liefert Einblicke in das komplexe Zusammenspiel zwischen PEO und nanoskaligen Oberflächen und beleuchtet die Auswirkungen geometrischer Konfinierung und Oberflächeninteraktionen auf die Polymer-Eigenschaften. Diese Arbeit verbindet grundlegende Polymerphysik mit der praktischen Gestaltung von Nanokompositen und ebnet den Weg zur Entwicklung fortschrittlicher Materialien mit präzise kontrollierten Eigenschaften auf molekularer Ebene.