聚合物納米材料物理性能與材料尺度密切相關(guān)，表現(xiàn)出納米受限效應(yīng)。自1994年Keddie等首次發(fā)現(xiàn)聚合物薄膜玻璃化溫度（Tg）偏離本體現(xiàn)象以來，高分子物理學(xué)家對受限于低維空間內(nèi)高分子鏈運(yùn)動(dòng)行為表現(xiàn)出極大研究興趣。然而，由于研究方法等的限制，納米受限高分子薄膜分子運(yùn)動(dòng)偏離本體的機(jī)制并未完全弄清。
近日，高分子領(lǐng)域知名期刊Macromolecules在線刊發(fā)了由浙江理工大學(xué)化學(xué)系王新平教授、左彪副教授研究團(tuán)隊(duì)完成的關(guān)于聚合物納米薄膜表界面效應(yīng)的最新研究成果。對于與基底具有強(qiáng)相互作用的薄膜體系，界面效應(yīng)被認(rèn)為是影響聚合物薄膜分子動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為薄膜動(dòng)力學(xué)的界面效應(yīng)主要由界面相互作用強(qiáng)度所決定。但是，近年來發(fā)現(xiàn)了一些與之不符的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如何調(diào)和這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果、提供不同的解釋是當(dāng)前該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。針對這一問題，該團(tuán)隊(duì)提出界面動(dòng)力學(xué)傳遞深度這一關(guān)鍵參量來量化界面效應(yīng)，獲得了成功。通過直接測量納米薄膜黏度，同時(shí)表征界面效應(yīng)往本體傳播的尺度，發(fā)現(xiàn)聚合物薄膜界面效應(yīng)—即薄膜動(dòng)力學(xué)受界面影響的程度，隨界面動(dòng)力學(xué)傳遞深度增大而增大。這一研究說明界面效應(yīng)事實(shí)上與界面動(dòng)力學(xué)傳遞深度關(guān)系更為密切；谶@一結(jié)果可以統(tǒng)一文獻(xiàn)對不同界面相互作用體系的研究結(jié)果。因此，該工作提供了從界面動(dòng)力學(xué)傳遞深度角度理解受限聚合物薄膜界面效應(yīng)的新視點(diǎn)，同時(shí)也闡明了分子量對聚合物薄膜界面效應(yīng)及分子動(dòng)力學(xué)的影響。論文以“Influence of the Interfacial Effect on Polymer Thin-Film Dynamics Scaled by the Distance of Chain Mobility Suppression by the Substrate”為題發(fā)表在最新一期Macromolecules上(DOI: 10.1021/acs.macromol.9b00226)。左彪副教授為論文第一作者，并與王新平教授為共同通訊作者。
圖1，界面動(dòng)力學(xué)傳遞深度與薄膜黏度關(guān)系
此外，團(tuán)隊(duì)還針對薄膜表面效應(yīng)開展了研究，提出通過控制制膜溶液中非溶劑含量來調(diào)節(jié)高分子鏈在溶液中的構(gòu)象，進(jìn)而改變聚合物薄膜表面分子鏈構(gòu)象。利用和頻振動(dòng)光譜證實(shí)了隨成膜溶液中不良溶劑量增多，所得聚合物薄膜表面分子鏈從各向同性的球狀構(gòu)象（isotropic spherical conformation）往取向的橢球狀構(gòu)象(oriented oblate ellipsoid)轉(zhuǎn)變。表面分子鏈構(gòu)象的變化誘導(dǎo)表面分子動(dòng)力學(xué)發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致表面冷結(jié)晶溫度和玻璃化溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)能力降低。同時(shí)，也造成薄膜動(dòng)力學(xué)回復(fù)本體態(tài)，納米受限效應(yīng)消失。這一研究充分說明了表面分子鏈構(gòu)象對其動(dòng)力學(xué)的影響，同時(shí)也表明了表面分子運(yùn)動(dòng)能力對納米薄膜分子動(dòng)力學(xué)的重要作用。研究工作以Conformation-Sensitive Surface Dynamics in Thin Poly(ethylene terephthalate) Film為題發(fā)表在大分子上，博士生徐健荃為第一作者，王新平教授為通訊作者。 (Macromolecules 2019, 52, 2580–2588)
圖2，表面分子鏈構(gòu)象與其分子運(yùn)動(dòng)行為的關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)室主頁：http://www.chem.zstu.edu.cn/gfzclbjmsys.htm
論文鏈接：
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