一月双Nature！浙江理工大学揭秘聚合物表面分子动力学微观机制

【研究背景】

20世纪90年代初发现，相对于相应的大块材料，分子和聚合物玻璃成型剂中的玻璃化转变温度（T_g）存在较大偏差，这一发现推动了广泛的研究。现代研究表明，许多玻璃的表面是高度流动的液体层，通常厚度约为10纳米。这一增强的分子迁移率域对应于平滑的指数梯度T_g，解释了为什么超薄膜表现出T_g，以及其他重要性质，如粘度、物理老化、扩散、热膨胀性和结晶性。这种具有增强流动性的表面层还能够形成超稳定玻璃，并解释了玻璃材料的冷连接和低温加工所必需的摩擦学和粘接性能。然而，长期以来，由于表征的困难，对固体高分子表面分子松弛与扩散的研究一直是重大挑战，至今未获突破。

【成果简介】

继7月28日浙江理工大学生命科学与医药学院叶飞副教授在Nature上合作发表文章之后，近日浙江理工大学左彪副教授联合美国南佛罗里达大学David S. Simmons教授以及普林斯顿大学 Rodney D. Priestley教授提出了模拟、理论和时间分辨表面纳米蠕变实验，以揭示玻璃态聚合物表面的这种双尺度性质，即使在由短的亚缠结链组成的聚合物中，也会导致瞬间橡胶状、缠结状表面行为的出现。作者研究发现，这种效应产生于分段动力学和链构象统计中的叠加梯度。这种橡胶行为的寿命随着材料的冷却而延长，这将在限制聚合物玻璃的摩擦学、粘附和表面愈合等应用的表面松弛方面产生广泛的影响。该文章近日以题为“Mobility gradients yield rubbery surfaces on top of polymer glasses”发表在知名顶刊Nature上。

【图文导读】

图一、液滴表面张力诱导聚合物形成示意图及其拓扑剖面

图二、聚合物纳米流变学与表面链动力学

图三、聚合物玻璃表面的时间-温度叠加（TTS）失效

图四、在非缠结的聚合物表面出现橡胶动力学

文献链接：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。