聚合物变脆？分子尺度脱不了干系

材料牛注：一个跨国研究小组用不同实验手段获得完备的聚合物玻璃化转变图像。发现：尺度大小影响高分子聚合物脆性，链弛豫是一个重要探究方向。该发现有助于高分子聚合物特性的设计。

成千上万个甚至上百万个原子按照相似的方式结合成分子链，若干个分子链组成高分子聚合物。高分子聚合物材料充斥在我们日常生活的方方面面，从瓶子到轮胎、从飞机到医疗设备等。利用当前和未来的各种技术，探索聚合物性能的机理，有助于开发新的功能材料。一个跨国研究小组汇聚专业知识和实验结果试图揭示聚合物粘弹性变化强烈依赖于温度的原因。这是科学界迄今为止未解的谜团。

脆性指数反映了随着温度的增加，材料熔化的快慢。多年来，脆性指数高的高分子聚合物和相应小分子的脆性指数已经被测量记录。到现在为止，还没有理论能明确解释为什么许多聚合物的脆性指数约是小分子液体的1.5倍。

一个来自美国、意大利、中国的跨国研究小组利用大量的工具和技术找到了更完整的高分子聚合物玻璃化转变过程图片，并指出聚合物和小分子液体的不同。本周研究人员将研究成果发表在AIP的The Journal of Chemical Physics。

来自橡树岭国家实验室的科研工作者，同时也是田纳西大学的化学与物理学教授的Alexei P. Sokolov说：“我与同事们共同研究了这个课题很久，尽管2007年我们发表了的具有相似题目的论文——Why many polymers are so fragile？——但那时我们只能提出问题，而无法进行解答。”多年来，我们通过许多不同的方法，得到了大量的实验结果（这就是为什么有那么多的论文作者），最终提出了以聚苯乙烯为对象进行全面研究。聚苯乙烯开阔了实验的视野。研究人员使用不同链长的聚苯乙烯探究熔化特性，发现：链长较短时，脆性指数与链长相关；随着链长增加，相关性降低。我们的研究成果可能有助于解开这个谜团。

研究人员意识到：对于高分子聚合物，节段性（也称为结构）松弛只是一小部分分子的松弛；相比于链弛豫，完整的分子尺度弛豫需要相当长的时间；链弛豫而不是片段弛豫使非聚合系统具备相关性特征。

这对我们的日常生活中高分子聚合物意味着什么呢？Sokolov说：“我们的工作有更广泛的影响，因为类似的机制可能同样存在于软凝聚态等复杂系统中，这是否有助于获得更好的聚合物仍有待观察，但它应该有助于粘弹性性能良好的聚合物的设计。”

原文链接：When it comes to polymer fragility, size does matter

文献链接：Why many polymers are so fragile: A new perspective

本文由材料人编辑部杨树提供素材，王子鸣编译，薛文嘉审核，点我加入材料人编辑部。