記者8月24日從浙江理工大學(xué)獲悉，該校左彪副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)、日本學(xué)者，通過研究表面高分子運(yùn)動(dòng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)硬而脆的高分子塑料表面原來呈現(xiàn)類橡膠的力學(xué)行為。這一新發(fā)現(xiàn)加深了學(xué)界對(duì)高分子材料磨損、摩擦、粘結(jié)、自愈合等諸多界面現(xiàn)象本質(zhì)的理解。研究論文近日發(fā)表于《Nature》。
高分子材料應(yīng)用廣泛，我國(guó)高分子塑料制品年產(chǎn)量已達(dá)7千萬噸。高分子材料表現(xiàn)出許多奇異界面現(xiàn)象，例如黏-滑摩擦行為、低溫塑性和可粘合性等，從而對(duì)其使用效果產(chǎn)生影響。實(shí)現(xiàn)對(duì)高分子界面現(xiàn)象分子起源的認(rèn)識(shí)和有效控制，對(duì)發(fā)展高性能高分子材料具有重要價(jià)值。
科學(xué)界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)高分子表面分子具有很高的運(yùn)動(dòng)能力，然而高分子塑料表面分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和力學(xué)行為仍然是個(gè)謎。針對(duì)這一問題，論文通訊作者左彪聯(lián)合國(guó)際學(xué)者研發(fā)了一種利用微液滴誘導(dǎo)高分子膜表面發(fā)生納米尺度變形，從而研究高分子材料表面納米蠕變的方法，由此建立了松弛時(shí)間跨度達(dá)6至8個(gè)數(shù)量級(jí)的寬時(shí)域、多尺度表面高分子動(dòng)力學(xué)的表征新方法，解決了塑料高分子表面動(dòng)力學(xué)表征的難題。
結(jié)合理論和模擬深入研究，研究人員最終發(fā)現(xiàn)了控制表面高分子鏈擴(kuò)散的“偽纏結(jié)”機(jī)制和表面“瞬時(shí)橡膠態(tài)”高分子物理新現(xiàn)象，即硬、脆的高分子塑料表面呈現(xiàn)出類似柔性橡膠的性質(zhì)。
常規(guī)的認(rèn)知下，塑料表面是很硬、不會(huì)變形的。“從該研究結(jié)果來看，塑料表面其實(shí)存在幾十個(gè)原子層厚度的一層柔軟橡膠層。這樣一來，很多原來看到的高分子相關(guān)的界面現(xiàn)象就可以得到合理的解釋。”左彪認(rèn)為，這項(xiàng)研究結(jié)果深化了人們對(duì)固體高分子表面分子動(dòng)力學(xué)和機(jī)械力學(xué)的認(rèn)識(shí)，是界面科學(xué)和高分子科學(xué)一次重要學(xué)術(shù)突破，可為高分子材料界面性質(zhì)調(diào)控及其加工、成型和性能控制提供新思路。
