As the need for high-refractive-index materials escalates to meet the growing demands for antireflective coatings and various photonic devices with robust mechanical properties, elastomeric polymer nanocomposites containing a high loading level of zirconia nanoparticles afford tremendous promise. In this study, the interactions between two functionalized zirconia nanoparticles, one reactive and the other passive, with a short-chain, UV-curable poly(dimethylsiloxane) in solvent are systematically examined by dynamic rheology. The effects of surface functionality, as well as UV light intensity and nanoparticle loading, on the cross-linking behavior are elucidated, and both filled systems are observed to form cross-linked networks at loading levels of up to 85 wt % zirconia. The time required to achieve dynamic modulus crossover (indicating network formation) exhibits a power-law dependence on the UV light intensity for both systems at all zirconia contents. At high loading levels of the passive nanofiller (75 wt % zirconia), the resulting films appear opaque, possessing significantly higher turbidity than those containing reactive nanoparticles, which conversely yield films with low turbidity and high optical clarity at loading levels as high as 80 wt % zirconia. Reactive zirconia is more strongly incorporated into the polymer network than passive zirconia, as evidenced by values of the ultimate gel moduli, zirconia leaching from solvent-swelled films, and the topologies of cross-fractured surfaces.

中文翻译：

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基于聚（二甲基硅氧烷）和氧化锆纳米粒子的可紫外线固化的聚合物纳米复合材料：反应性与被动式纳米填料

随着对高折射率材料的需求不断增加，以满足对抗反射涂层和具有强大机械性能的各种光子器件不断增长的需求，包含高负载水平的氧化锆纳米粒子的弹性体聚合物纳米复合材料提供了巨大的希望。在这项研究中，通过动态流变学系统地检查了两种功能化的氧化锆纳米粒子之间的相互作用，一种是反应性的，另一种是钝化的，与短链，可紫外线固化的聚二甲基硅氧烷在溶剂中。阐明了表面功能以及紫外线强度和纳米颗粒负载对交联行为的影响，观察到两个填充系统在负载量高达85 wt％的氧化锆下均形成了交联网络。在所有氧化锆含量下，实现动态模量转换（指示网络形成）所需的时间表现出两个系统对UV光强度的幂律相关性。在无源纳米填料（75重量％的氧化锆）的高负载水平下，所得薄膜显得不透明，比含有反应性纳米粒子的薄膜具有更高的浊度，反之，在负载水平高达80 wt％时，薄膜的浊度低且光学清晰度高％氧化锆。最终的凝胶模量，氧化锆从溶剂溶胀薄膜中浸出以及交叉断裂表面的拓扑结构证明，反应性氧化锆比被动氧化锆更牢固地掺入聚合物网络中。在无源纳米填料（75重量％的氧化锆）的高负载水平下，所得薄膜显得不透明，比含有反应性纳米粒子的薄膜具有更高的浊度，反之，在负载水平高达80 wt％时，薄膜的浊度低且光学清晰度高％氧化锆。最终的凝胶模量，氧化锆从溶剂溶胀薄膜中浸出以及交叉断裂表面的拓扑结构证明，反应性氧化锆比被动氧化锆更牢固地掺入聚合物网络中。在无源纳米填料（75 wt％的氧化锆）的高负载水平下，所得薄膜显得不透明，比含有反应性纳米粒子的薄膜具有更高的浊度，相反，在负载水平高达80 wt％的情况下，薄膜的浊度低且光学清晰度高％氧化锆。最终的凝胶模量，氧化锆从溶剂溶胀薄膜中浸出以及交叉断裂表面的拓扑结构证明，反应性氧化锆比被动氧化锆更牢固地掺入聚合物网络中。