Wie Nanopartikelgröße und Agglomeration die Grenzflächenfestigkeit und Zugleistung in Polymer-Nanokompositen beeinflussen

Zusammenfassung

In dieser Studie werden mehrere einfache Gleichungen vorgeschlagen, um die Effekte von Größe und Dichte auf Anzahl, Oberfläche, Steifigungseffizienz und spezifische Oberfläche von Nanopartikeln in Polymer-Nanokompositen zu untersuchen. Zudem werden die Rollen von Nanopartikelgröße und Interphasendicke in den Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften und der Zugfestigkeit von Nanokompositen durch verschiedene Gleichungen erklärt. Aggregate/Agglomerate von Nanopartikeln werden ebenfalls als große Partikel in Nanokompositen angenommen, und ihre Einflüsse auf Nanopartikeleigenschaften, Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften und Zugfestigkeit werden diskutiert. Die kleine Größe wirkt sich vorteilhaft auf Anzahl, Oberfläche, Steifigungseffizienz und spezifische Oberfläche von Nanopartikeln aus. Bereits 2 g isolierter, gut dispergierter Nanopartikel mit Radius 10 nm (R = 10 nm) und Dichte 2 g/cm³ erzeugen eine signifikante Grenzflächenfläche von 250 m² mit der Polymermatrix. Zudem kann allein eine dicke Interphase keine hohen Grenzflächen-/Interphasenparameter und signifikanten mechanischen Eigenschaften in Nanokompositen erzeugen, da auch Füllstoffgröße und Aggregate/Agglomerate diese Terme steuern. Es zeigt sich, dass eine dicke Interphase (t = 25 nm) um große Nanopartikel (R = 50 nm) den B-Interphasenparameter nur auf etwa 4 verbessert, während B = 13 durch die kleinsten Nanopartikel und die dickste Interphase erreicht wird.

Hintergrund

Nanokomposite zeigen erhebliche Eigenschaften bereits bei geringem Nanofüllstoffgehalt. Die wichtigen Eigenschaften von Polymer-Nanokompositen führen zu einer breiten Palette von Anwendungen in verschiedenen Technologien wie fortschrittliche Materialien und Güter, Medizin, Energiegeräte und Sensoren. Studien zu verschiedenen Typen von Polymer-Nanokompositen zielen darauf ab, Hochleistungsprodukte durch einfache Fertigungsprozesse und niedrige Kosten zu erreichen.

Die beträchtlichen Eigenschaften von Polymer-Nanokompositen werden auf gute Grenzflächeneigenschaften zwischen Polymermatrix und Nanopartikeln zurückgeführt, wie Grenzflächenfläche und Wechselwirkung/Haftung an der Grenzfläche. Hohe Grenzflächeneigenschaften führen zur Bildung einer weiteren Phase als Interphase um die Nanopartikel, die sich sowohl von der Polymermatrix als auch von den Nanopartikeln unterscheidet und den Vorteil von Nanokompositen gegenüber herkömmlichen Mikrokompositen zeigt. Viele theoretische Untersuchungen zu Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften haben umfangreiche Informationen zur Erreichung erwünschter Eigenschaften geliefert. Allerdings führen die hohe Oberfläche von Nanopartikeln und die starke Anziehungskraft zwischen Partikeln zu Aggregation/Agglomeration. Starke und dichte Kollektive von Nanopartikeln bezeichnen Aggregation, während lose verbundene Partikel Agglomeration zeigen, die durch mechanische Spannung gebrochen werden kann.

Die Aggregation/Agglomeration von Nanopartikeln verringert die potenzielle Verbesserung mechanischer Eigenschaften in Nanokompositen, aufgrund der Beschränkung der Grenzflächenfläche. Daher besteht die Hauptforderung in der Produktion von Nanokompositen darin, kleine Nanopartikel und gute Dispergierung zu erreichen. Es ist entscheidend, die Anziehungskräfte zwischen Nanopartikeln zu überwinden, die Aggregation/Agglomeration erzeugen, statt die Struktur der Nanopartikel zu stören. Überraschenderweise schlug Dorigato et al. ein Modell vor, das zeigt, dass primäre Füllstoffaggregation Polymer-Nanokomposite verstärkt, während agglomerierte Nanopartikel üblicherweise negative Auswirkungen auf die mechanische Leistung haben. Entsprechend ist eine Untersuchung der Aggregation/Agglomeration von Nanopartikeln erforderlich, um ihre tatsächlichen Auswirkungen auf die Eigenschaften von Nanokompositen aufzudecken. Obwohl die Nanopartikelgröße als attraktiver Vorteil in Polymer-Nanokompositen angenommen wird, wurden die Effekte von Isolation oder Aggregation/Agglomeration auf die Haupteigenschaften von Nanopartikeln wie Anzahl, Oberfläche und spezifische Oberfläche in der Literatur nicht untersucht. Zudem wurde die Aggregation/Agglomeration von Nanopartikeln als allgemeiner Begriff angenommen, der das Verhalten von Nanokompositen qualitativ ändert. Auch die möglichen Rollen von Nanopartikel- und Interphasendimensionen auf die Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften wurden in früheren Studien nicht beschrieben.

Methoden

In dieser Arbeit werden die Effekte von Füllstoffgröße und Dichte auf Anzahl, Oberfläche, Steifigungseffizienz und spezifische Oberfläche von Nanopartikeln in Polymer-Nanokompositen durch geeignete Gleichungen erklärt. Auch die Aggregation/Agglomeration von Nanopartikeln wird als große Partikel angenommen und ihre Einflüsse auf verschiedene Terme offengelegt. Ebenso werden die möglichen Rollen von Nanopartikel- und Interphasengrößen in den Grenzflächen-/Interphasenparametern und der Zugfestigkeit von Nanokompositen diskutiert. Der Hauptfokus dieses Artikels liegt auf kugelförmigen Nanopartikeln, aber andere Nanopartikelgeometrien können durch Entwicklung der vorgeschlagenen Gleichungen untersucht werden.

Die Anzahl kugelförmig isolierter Nanopartikel in einem Nanokomposit kann über das Gewicht der Nanopartikel (W_f) berechnet werden als:

$$ N=\frac{W_f}{d_f\frac{4}{3}\pi {R}^3}. $$ (1)

wobei d_f und R die Dichte und der Radius der Nanopartikel sind. In diesem Fall ist die Gesamtoberfläche der dispergierten Nanopartikel gegeben durch:

$$ A=N\left(4\pi {R}^2\right). $$ (2)

A kann als Grenzflächenfläche zwischen Polymermatrix und Nanopartikeln betrachtet werden. Einsetzen von N aus Gleichung 1 in Gleichung 2 führt zu:

$$ A=\frac{3{W}_f}{d_fR}. $$ (3)

welches A mit W_f, d_f und R korreliert.

Jeder Nanopartikel führt einen Steifigungseffekt in der Polymermatrix durch mechanische Einbindung von Polymerketten ein. Das Niveau der Spannungsteilung zwischen Polymermatrix und Nanopartikeln hängt von der Grenzflächenfläche und der Steifigkeit der Nanopartikel ab. Als Ergebnis kann ein neuer Parameter als Steifigungseffizienz der Nanopartikel definiert werden als:

$$ SE={AE}_f=\frac{3{W}_f}{d_fR}{E}_f. $$ (4)

wobei E_f der Young'sche Modul der Nanopartikel ist. Die Steifigungseffizienz als Funktion der Nanopartikeleigenschaften drückt die Fähigkeit der Nanopartikel zur Steifigung von Nanokompositen aus. Zusätzlich wird die spezifische Oberfläche der Partikel ausgedrückt als:

$$ {A}_c=\frac{A}{m}=\frac{A}{d_fv}=\frac{4\pi {R}^2}{d_f\frac{4}{3}\pi {R}^3}=\frac{3}{d_fR}. $$ (5)

wobei m und v die Gesamtmasse und das Gesamtvolumen der Nanopartikel sind. Dieser Parameter drückt die Oberfläche von 1 g Partikeln aus und hängt daher nicht von der Konzentration der Nanopartikel im Nanokomposit ab.

Nun werden die Zugfestigkeit und Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften durch einfache Gleichungen gegeben. Pukanszky schlug ein Modell für die Zugfestigkeit von Kompositen als Funktion von Füllstoffgehalt und Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften vor als:

$$ \sigma ={\sigma}_m\frac{1-{\varphi}_f}{1+2,5{\varphi}_f}\exp \left(B{\varphi}_f\right). $$ (6)

wobei σ_m die Zugfestigkeit der Polymermatrix und φ_f der Volumenanteil des Nanofüllstoffs ist. Dieses Modell wurde ursprünglich für Komposite vorgeschlagen, hat aber gute Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen verschiedener Polymer-Nanokomposite gezeigt. Eine gute Übereinstimmung wird zwischen experimentellen Zugfestigkeitsdaten und den Vorhersagen der Pukanszky-Gleichung in vielen Proben wie PP/SiO₂, PEEK/SiO₂, PVC/CaCO₃, PP/CaCO₃ und PVC/SiO₂ erzielt, wobei der B-Parameter als 4,12, 3,15, 3,07, 2,5 und 2,1 berechnet wird. Diese Beispiele validieren die Anwendung des Pukanszky-Modells für die Zugfestigkeit von Polymer-Nanokompositen.

B ist ein Grenzflächenparameter, der das Niveau der Grenzflächenhaftung zeigt durch:

$$ B=\left(1+{A}_c{d}_ft\right)\ln \left(\frac{\sigma_i}{\sigma_m}\right). $$ (7)

wobei t und σ_i die Dicke und Festigkeit der Interphase sind.

Einsetzen von A_c aus Gleichung 5 in die letzte Gleichung ergibt:

$$ B=\left(1+3\frac{t}{R}\right)\ln \left(\frac{\sigma_i}{\sigma_m}\right). $$ (8)

Anwenden der obigen Gleichung in das Pukanszky-Modell bietet die relative Festigkeit (σ/σ_m) als:

$$ {\sigma}_R=\frac{1-{\varphi}_f}{1+2,5{\varphi}_f}\exp \left[\left(1+3\frac{t}{R}\right)\ln \left(\frac{\sigma_i}{\sigma_m}\right){\varphi}_f\right]. $$ (9)

welches die Zugfestigkeit explizit mit Füllstoff- und Interphaseneigenschaften verknüpft. Auch sollten wir die Größeneffekte angeben, die zweifellos existieren, wenn Bruch modelliert wird.

Der Volumenanteil der Interphase (φ_i) für Nanokomposite mit kugelförmigen Nanopartikeln kann betrachtet werden durch:

$$ {\varphi}_i=\left[{\left(\frac{R+t}{R}\right)}^3-1\right]{\varphi}_f. $$ (10)

worin t = 0 zu φ_i = 0 führt, was das Fehlen einer Interphase im Nanokomposit anzeigt. Die analytischen Modelle in dieser Studie können anwendbar sein, wo andere Modelle wie kohäsive Zonen die Interphasenbereiche beschreiben. Einige frühere Studien haben die Interphase durch Modelle wie 2D-Finite-Elemente betrachtet.

In unserer vorherigen Arbeit wurde ein Interphasenparameter a für Polymer-Nanokomposite, verstärkt mit kugelförmigen Nanopartikeln, definiert als:

$$ a=10\left(\frac{t}{R}\right)\left(\frac{10{E}_i}{E_f}-1\right). $$ (11)

wobei E_i der Modul der Interphase ist. Diese Gleichung korreliert a mit verschiedenen effektiven Parametern von Nanofüllstoff und Interphase. a wurde für einige Nanokomposite von 0,8 bis 19 berechnet. Es wurde berichtet, dass ein höheres a-Niveau einen besseren Modul im Nanokomposit einführt.

Ergebnisse und Diskussion

Im ersten Teil dieses Abschnitts werden die Effekte von Größe und Dichte auf verschiedene Eigenschaften von Nanopartikeln durch Konturplots dargestellt und die Ergebnisse diskutiert, um den Einfluss von Aggregation/Agglomeration zu klären. Im nächsten Schritt werden die Rollen von Nanopartikelradius (einschließlich Aggregation/Agglomeration) und Interphasendicke in den Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften und Nanokompositleistungen untersucht.

Abbildung 1 illustriert die Aggregation/Agglomeration von Nanopartikeln in einem Nanokomposit. Wenn isolierte und dispergierte Nanopartikel akkumulieren, kann angenommen werden, dass ein großer Nanopartikel gebildet wird. Gemäß Abb. 1, wenn isolierte Nanopartikel mit Radius R aggregieren/agglomerieren, entsteht ein großes Teilchen mit hohem Radius. Als Ergebnis kann die Aggregation/Agglomeration von Nanopartikeln physikalisch durch Wachstum der Teilchengröße in Nanokompositen angenommen werden. Dieses Ereignis beeinflusst die Eigenschaften von Nanopartikeln und Interphase, was schließlich das Verhalten von Nanokompositen ändert.

Abbildung 2 zeigt die Rollen von R und d_f in ln(N) und A-Niveaus bei konstantem W_f = 2 g. Gemäß Abb. 2a wird niedriges N bei hohen Werten von R und d_f beobachtet, aber N steigt, wenn R und d_f abnehmen. Also wirken Dichte und Größe der Nanopartikel umgekehrt proportional auf die Anzahl der Partikel in Polymer-Nanokompositen bei konstanter Füllstoffkonzentration. Kleine Nanopartikel mit niedriger Dichte erzeugen eine große Anzahl von Nanopartikeln in Nanokompositen, während große und dichte Nanopartikel wenige Partikel erzeugen. Entsprechend verringern Aggregate/Agglomerate die Anzahl der Nanopartikel in Nanokompositen bei konstanter Füllstoffkonzentration signifikant.

Abbildung 2b illustriert die Effekte von R und d_f Parametern auf die Gesamtoberfläche der Nanopartikel (A in m²) bei W_f = 2 g. Die Oberfläche der Nanopartikel wird als Grenzflächenfläche zwischen Polymer und Nanopartikeln angenommen, die Spannung von der Matrix zu den Nanopartikeln überträgt. Die Spannung kann effizient vom Polymer zu den Nanopartikeln transportiert werden, um mechanische Eigenschaften zu verbessern, wenn die Grenzflächenfläche groß genug ist. Wie in Abb. 2b beobachtet, wird die größte Grenzflächenfläche durch die kleinsten Bereiche von R und d_f erreicht. Interessanterweise erzeugen nur 2 g isolierter und gut dispergierter Nanopartikel mit R = 10 nm und d_f = 2 g/cm³ etwa 250 m² Grenzflächenfläche mit der Polymermatrix. Allerdings verringert sich die Grenzflächenfläche durch Erhöhung der Größe und Dichte der Nanopartikel und A unter 50 m² wird bei R > 40 nm und d_f > 3 g/cm³ erreicht. Der signifikante Unterschied zwischen den Grenzflächenflächen bei verschiedenen Teilchengrößen zeigt, dass die Nanopartikelgröße ein wichtiger Parameter in Nanokompositen ist. Große Nanopartikel verursachen kleine Grenzflächenfläche, was den signifikanten Vorteil von Nanopartikeln in Nanokompositen verschlechtert. Es sollte beachtet werden, dass die Füllstoffkonzentration in Nanokompositen nicht zu hoch sein darf im Vergleich zu Mikrokompositen, aber die außergewöhnliche Oberfläche von Nanopartikeln führt häufig zur Wechselwirkung zwischen Partikeln und Aggregation/Agglomeration. Als Ergebnis, obwohl hohe Nanopartikelgehalte in Nanokompositen die Akkumulation verstärken, tritt Aggregation/Agglomeration von Nanopartikeln generell in Polymer-Nanokompositen bei unterschiedlichen Füllstoffkonzentrationen auf, was die Grenzflächenfläche verringert und die Leistung schwächt.

Abbildung 3a zeigt Konturplots von ln(SE) als Funktion von R und d_f bei W_f = 2 g und E_f = 100 GPa. Die Steifigungseffizienz der Nanopartikel steigt, wenn kleine Nanopartikel mit niedriger Dichte in die Polymermatrix eingebracht werden, was demonstriert, dass die Nanopartikelgröße eine effektive Rolle in der Steifigung von Nanopartikeln in Polymer-Nanokompositen spielt. Andererseits verschlechtern aggregierte/agglomerierte Nanopartikel die Leistungen von Polymer-Nanokompositen durch Reduktion der Nanopartikeleffizienz. Kleine Nanopartikel mit niedriger Dichte erhöhen die Steifigkeit von Nanokompositen signifikant durch das hohe Niveau der Spannungsübertragung zwischen Polymerketten und Nanopartikeln. Eine frühere Studie in diesem Bereich hat die Physik des Einflusses von Füllstoffradius auf die Spannungsübertragung von der Polymermatrix zum Faser mittels Molekulardynamik-Simulationen erklärt. Allerdings können große und dichte Partikel die hohe Steifigkeit der Nanopartikel nicht in die Polymermatrix einbringen, was ein Komposit mit geringer Steifigkeit suggeriert. Daher kontrollieren die Eigenschaften der Nanopartikel signifikant die Eigenschaften von Nanokompositen.

Abbildung 3b zeigt auch die Niveaus des A_c Parameters bei verschiedenen R und d_f Werten bei W_f = 2 g und E_f = 100 GPa. Es wird beobachtet, dass das beste A_c durch kleine und niedrigdichte Nanopartikel erzielt wird, während das schlechteste durch große und dichte Partikel produziert wird. Der A_c Wert von etwa 140 m²/g wird durch R = 10 nm und d_f = 2 g/cm³ erreicht, während A_c Niveau von weniger als 20 m²/g durch große Teilchengröße und hohe Dichte gezeigt wird. Als Ergebnis zeigen R und d_f Parameter negative Effekte auf A_c in Polymer-Nanokompositen. Es wird geschlossen, dass der A_c Parameter, der die Grenzflächenfläche von 1 g isolierten Nanopartikeln ausdrückt, die besten Niveaus durch kleine Nanopartikel gibt. Als Ergebnis können große Nanopartikel oder Aggregate/Agglomerate kein beträchtliches A_c erzeugen, was die Effizienz von Nanopartikeln in Polymer-Nanokompositen verringert. Es ist bekannt, dass die Leistungen von Nanokompositen wie mechanische, flammhemmende und Barriereeigenschaften direkt mit der Grenzflächenfläche zwischen Polymer und Nanopartikeln zusammenhängen. Ein großes A_c kann akzeptable Niveaus für Nanokompositeigenschaften durch geringe Mengen an Nanopartikeln erzeugen, aufgrund der hohen Grenzflächenfläche zwischen Polymermatrix und Nanopartikeln. Entsprechend sind die Kontrolle der Größe und Dichte von Nanopartikeln in Nanokompositen herausfordernd, um die besten Eigenschaften zu schaffen.

Nun werden die Effekte von Nanopartikel- und Interphasengrößen auf die Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften und Zugfestigkeit von Nanokompositen durch die vorgeschlagenen Gleichungen erklärt. Abbildung 4 illustriert die Effekte von R und t auf B-Grenzflächenparameter und Zugfestigkeit nach Pukanszky-Modell (Gleichung 6) bei σ_i/σ_m = 5 und φ_f = 0,02. Basierend auf Abb. 4a wird das B-Niveau von 13 durch die kleinsten Nanopartikel und die dickste Interphase erreicht. Auch sinkt B unter 3, wenn die Nanopartikelgröße auf etwa 40 nm wächst und die Interphasendicke auf weniger als 10 nm abnimmt. Daher spielen die Größen von Nanopartikeln und Interphase ungleiche Rollen im B-Parameter. Auch sollte beachtet werden, dass kleine Nanopartikel ohne Bildung einer starken Interphase kein hohes B in Polymer-Nanokompositen geben können. Andererseits verbessert eine dicke Interphase (t = 25 nm) um große Nanopartikel (R = 50 nm) den B-Parameter nur auf etwa 4. Als Ergebnis sind sowohl Nanopartikel- als auch Interphasendimensionen wichtig, um ein hohes B-Niveau in Nanokompositen zu erhalten. Allerdings verringert bei konstanter Interphasendicke das Wachstum der Nanopartikelgröße durch Aggregation/Agglomeration den B-Parameter, was die negativen Effekte von Aggregaten/Agglomeraten auf die Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften demonstriert.

Abbildung 4b zeigt auch die Effekte von R und t Parametern auf die Zugfestigkeit von Nanokompositen nach Pukanszky-Modell. Es wird beobachtet, dass kleine Nanopartikel und dicke Interphase die Festigkeit von Nanokompositen verbessern. Allerdings wird eine schlechte Festigkeit durch große Partikel und dünne Interphase beobachtet. Daher beeinflussen sowohl R als auch t Parameter die Zugfestigkeit von Nanokompositen. Zudem zeigt sich, dass die Festigkeit von Nanokompositen abnimmt, wenn die Nanopartikelgröße durch Aggregation/Agglomeration wächst. Entsprechend ist es essenziell, Nanopartikel in der Polymermatrix bei kleiner Größe zu isolieren und zu dispergieren, um die besten Leistungen zu erzielen. Da Nanopartikel natürlich zur Aggregation/Agglomeration neigen, kann Modifikation ihrer Oberfläche oder Funktionalisierung von Polymerketten die Akkumulation verhindern.

Abbildung 5 zeigt die Abhängigkeiten des Interphasen-Volumenanteils (φ_i) und des a-Interphasenparameters von R und t Parametern bei φ_f = 0,02, E_f = 100 GPa und E_i = 50 GPa. Gemäß Abb. 5a geben die kleinsten Nanopartikel und die dickste Interphase das höchste φ_i-Niveau von 0,8, was den Nanokomposit signifikant verstärkt. Dieses φ_i-Niveau ist höher als φ_f, was die effektiven Rollen von R und t Parametern in den Leistungen von Nanokompositen demonstriert. Weiterhin sinkt φ_i auf etwa 0 bei R > 30 nm, d.h. eine dicke Interphase (t = 25 nm) kann kein hohes φ_i in Polymer-Nanokompositen erzeugen, wenn große Nanopartikel in die Polymermatrix eingebracht werden. Dieses Ereignis zeigt die signifikante Rolle der Nanopartikelgröße in der Bildung von Interphasenbereichen. Also ändert die Größe der Nanopartikel die Interphaseneigenschaften erheblich, was offenbart, dass Aggregation/Agglomeration von Nanopartikeln meist die Interphasenkonzentration verringert, was schlechten Modul und Festigkeit in Nanokompositen verursacht. Es sollte erwähnt werden, dass Interphasenbereiche sich in Systemen mit hoher Füllstoffkonzentration überlappen können. Daher ist die ausgedrückte Gleichung für φ_i (Gleichung 10) für normale Nanokomposite mit niedrigem Füllstoffgehalt vernünftig.

Abbildung 5b zeigt auch die Effekte von R und t Niveaus auf a Interphasenparameter. a steigt durch kleine Nanopartikel und dicke Interphase, während es niedrigere Werte (weniger als 10) bei R > 40 nm und t < 10 nm gibt. Dieser Beweis zeigt, dass a von sowohl R als auch t Parametern abhängt. Da ein hohes a-Parameter den Young'schen Modul von Nanokompositen verbessert, sind kleine Nanopartikel und dicke Interphase für Nanokompositleistungen wünschenswert. Gemäß Abb. 5b erzeugen Aggregate/Agglomerate von Nanopartikeln (hohes R) nur geringes a, selbst bei dicker Interphase. Dieses Ereignis zeigt, dass eine starke Interphase kein großes a oder hohen Modul geben kann, wenn die Nanopartikel in Nanokompositen aggregiert/agglomeriert sind. Als Ergebnis verursachen Aggregate/Agglomerate von Nanopartikeln negative Effekte auf die Eigenschaften von Polymer-Nanokompositen. Basierend auf den genannten Bemerkungen schwächt Aggregation/Agglomeration die Vorteile von Nanopartikeln und Eigenschaften von Grenzfläche/Interphase; daher können Nanopartikel keine starke Verstärkung in Polymer-Nanokompositen präsentieren.

Schlussfolgerungen

Die Effekte von Füllstoffgröße und Dichte sowie Interphasendicke auf die Eigenschaften von Nanopartikeln und die Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften wurden durch einfache Gleichungen untersucht. Auch die Aggregate/Agglomerate von Nanopartikeln wurden als große Partikel angenommen und ihre Einflüsse auf die Interphasenparameter und die Zugfestigkeit von Nanokompositen diskutiert. Kleine Größe und niedrige Dichte verursachen signifikante Niveaus für Anzahl, Oberfläche, Steifigungseffizienz und spezifische Oberfläche von Nanopartikeln. Nur 2 g kleine und gut dispergierte Nanopartikel (R = 10 nm) mit d_f = 2 g/cm³ können etwa 250 m² Grenzflächenfläche mit der Polymermatrix erzeugen. Andererseits schwächen große Größe und Aggregate/Agglomerate die positiven Attribute von Nanopartikeln in Nanokompositen. Kleine Nanopartikel und dicke Interphase präsentieren hohe Niveaus für B-Parameter, Zugfestigkeit, Interphasen-Volumenanteil und a-Interphasenparameter. B sinkt unter 3, wenn die Nanopartikelgröße auf etwa 40 nm wächst und die Interphasendicke auf weniger als 10 nm abnimmt. Allerdings wird B = 13 durch die kleinsten Nanopartikel (R = 10 nm) und die dickste Interphase (t = 25 nm) erreicht. Dieses Ereignis bestätigt, dass die Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften von der Nanopartikelgröße neben der Grenzflächenwechselwirkung/Haftung abhängen. Zusätzlich erzeugen große Nanopartikel niedrige Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften und schlechte Zugfestigkeit selbst bei hoher Interphasendicke, was die Hauptrolle der Teilchengröße offenbart. Die kleinsten Nanopartikel und die dickste Interphase geben das höchste φ_i-Niveau, während φ_i auf etwa 0 bei R > 30 nm abnimmt. Dieser Beweis demonstriert, dass nur eine dicke Interphase (t = 25 nm) kein hohes φ_i erzeugen kann, wenn große Nanopartikel oder Aggregate/Agglomerate in Nanokompositen vorhanden sind. Entsprechend beeinflussen aggregierte/agglomerierte Nanopartikel die Grenzflächen-/Interphaseneigenschaften und Zugfestigkeit von Polymer-Nanokompositen negativ.