刷新认知 高分子塑料表面原来呈橡胶状

仙仙

记者24日从浙江理工大学获悉，该校左彪副教授团队联合美国、日本学者，通过研究表面高分子运动机制，发现硬而脆的高分子塑料表面原来呈现类橡胶的力学行为。这一新发现加深了学界对高分子材料磨损、摩擦、自愈合等诸多界面现象本质的理解。研究论文近日发表于《Nature》。


高分子材料应用广泛，我国高分子塑料制品年产量已达7000万吨。高分子材料表现出许多奇异现象，例如黏滑摩擦行为、低温塑性和可黏合性等，从而对其使用效果产生影响。实现对高分子界面现象分子起源的认识和有效控制，对于发展高性能高分子材料具有重要价值。


科学界已经发现高分子表面分子具有很高的运动能力，然而高分子塑料表面分子的运动状态和力学行为仍然是一个谜。针对这一问题，论文通讯作者左彪联合国际学者发展了一种利用微液滴诱导高分子膜表面发生纳米尺度变形，从而研究高分子材料表面纳米蠕变的方法，由此建立了松弛时间跨度达6—8个数量级的宽时域、多尺度表面高分子动力学的表征新方法，一举解决了塑料高分子表面动力学表征的难题。


结合理论和模拟深入研究，研究人员最终发现了控制表面高分子链扩散的“伪缠结”机制和表面“瞬时橡胶态”高分子物理新现象，即硬、脆的高分子塑料表面呈现出类似柔性橡胶的性质。


常规的认知下，塑料表面是很硬且不会变形的。“从该研究结果来看，塑料表面其实存在几十个原子层厚度的一层柔软橡胶层。这样一来，很多原来看到的高分子相关的界面现象就可以得到合理的解释。”左彪认为，这项研究结果深化了人们对固体高分子表面分子动力学和机械力学的认识，是界面科学和高分子科学一次重要学术突破，可为高分子材料界面性质调控及其加工和性能控制提供新思路。（洪恒飞 石丛珊 记者江耘）