一月雙Nature！浙江理工大學揭秘聚合物表面分子動力學微觀機制

【研究背景】

20世紀90年代初發現，相對于相應的大塊材料，分子和聚合物玻璃成型劑中的玻璃化轉變溫度（T_g）存在較大偏差，這一發現推動了廣泛的研究。現代研究表明，許多玻璃的表面是高度流動的液體層，通常厚度約為10納米。這一增強的分子遷移率域對應于平滑的指數梯度T_g，解釋了為什么超薄膜表現出T_g，以及其他重要性質，如粘度、物理老化、擴散、熱膨脹性和結晶性。這種具有增強流動性的表面層還能夠形成超穩定玻璃，并解釋了玻璃材料的冷連接和低溫加工所必需的摩擦學和粘接性能。然而，長期以來，由于表征的困難，對固體高分子表面分子松弛與擴散的研究一直是重大挑戰，至今未獲突破。

【成果簡介】

繼7月28日浙江理工大學生命科學與醫藥學院葉飛副教授在Nature上合作發表文章之后，近日浙江理工大學左彪副教授聯合美國南佛羅里達大學David S. Simmons教授以及普林斯頓大學 Rodney D. Priestley教授提出了模擬、理論和時間分辨表面納米蠕變實驗，以揭示玻璃態聚合物表面的這種雙尺度性質，即使在由短的亞纏結鏈組成的聚合物中，也會導致瞬間橡膠狀、纏結狀表面行為的出現。作者研究發現，這種效應產生于分段動力學和鏈構象統計中的疊加梯度。這種橡膠行為的壽命隨著材料的冷卻而延長，這將在限制聚合物玻璃的摩擦學、粘附和表面愈合等應用的表面松弛方面產生廣泛的影響。該文章近日以題為“Mobility gradients yield rubbery surfaces on top of polymer glasses”發表在知名頂刊Nature上。

【圖文導讀】

圖一、液滴表面張力誘導聚合物形成示意圖及其拓撲剖面

圖二、聚合物納米流變學與表面鏈動力學

圖三、聚合物玻璃表面的時間-溫度疊加（TTS）失效

圖四、在非纏結的聚合物表面出現橡膠動力學

文獻鏈接：Mobility gradients yield rubbery surfaces on top of polymer glasses (Nature, 2021, doi: 10.1038/s41586-021-03733-7)

本文由大兵哥供稿。