傳統(tǒng)顆粒材料是指一類以較大尺寸（通常大于1微米）的、離散的粒子作為構建單元堆積形成的聚集體。值得注意的是，當粒子的尺寸減小到納米尺度甚至亞納米尺度時，其擴散運動所需的能量與室溫下的熱擾動接近，進而展現(xiàn)出獨特的宏觀性能和調控機制。結合精確的化學修飾手段，亞納米顆粒常被用作基元去構筑具有不同拓撲結構與尺寸的軟簇，并且這類材料展示出更為豐富的力學特性——從脆性到粘彈性。但是目前對于軟簇材料構效關系的研究主要基于協(xié)同玻璃理論，且只適用于具有不同尺寸的球形結構的軟簇，尚不能解釋啞鈴型，棒狀軟簇獨特的粘彈性性質。
圖1（a）銅納米籠示意圖（b）聚降冰片烯示意圖（c）用于模板體系的亞納米顆；，POSS（多面體低聚倍半硅氧烷）（d-f）不同拓撲結構軟簇在亞納米顆粒熔體中的分散情況，其中紅色圓圈區(qū)域為提供受限作用的微相區(qū)（g-i）計算Va值使用的結構關系（j）不同拓撲結構下Va/Ve與連接子長度的關系。
針對以上問題，華南理工大學殷盼超課題組報道了一種新的拓撲受限松弛機理：軟簇材料中的亞納米顆粒基元之間會相互堆積產生作用錨點，而多個錨點之間的協(xié)同作用會進一步影響軟簇的質心運動，并最終調控其宏觀粘彈性（圖1）。而拓撲結構對軟簇粘彈性的影響則體現(xiàn)在對錨點間協(xié)同作用的影響上。
圖2 拓撲受限松弛模型預測的松弛時間與Va/Ve的依賴性關系。
進一步的，作者將課題組前期深入研究的兩種軟簇材料（基于銅納米籠的球形軟簇以及基于聚降冰片烯的棒狀軟簇）（圖1）作為模型體系，通過調節(jié)連接子長度制備了具有不同Va值的軟簇，并且將這些軟簇分別分散到亞納米顆粒熔體中用以研究其動力學。
圖3（a-b）軟簇以及亞納米顆粒熔體的寬屏介電松弛譜結果，以及對應的松弛時間溫度依賴性（c）棒狀軟簇松弛速率的角度依賴性（d，f）亞納米顆粒熔體背景對應的松弛速率角度依賴性（e）球狀軟簇松弛速率的角度依賴性。
圖4（a）具有不同Va/Ve的球狀軟簇的MSD曲線（b）具有不同Va/Ve的棒狀軟簇的MSD曲線（c）三個具有特征Va/Ve的球狀軟簇的MSD曲線對比（d）模擬中提取的松弛時間與模型預測的理論曲線。
文章鏈接：Binghui Xue, Wei Liufu, Jiafu Yin, Junsheng Yang, Panchao Yin; Particle topology-regulated relaxation dynamics in cluster-ordering. J. Chem. Phys. 2024, 160 (15): 154902.
https://doi.org/10.1063/5.0195905
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