成千上萬(wàn)個(gè)甚至上百萬(wàn)個(gè)原子按照相似的方式結(jié)合成分子鏈，若干個(gè)分子鏈組成高分子聚合物。高分子聚合物材料充斥在我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，從瓶子到輪胎、從飛機(jī)到醫(yī)療設(shè)備等。利用當(dāng)前和未來(lái)的各種技術(shù)，探索聚合物性能的機(jī)理，有助于開(kāi)發(fā)新的功能材料。一個(gè)跨國(guó)研究小組匯聚專業(yè)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果試圖揭示聚合物粘彈性變化強(qiáng)烈依賴于溫度的原因。這是科學(xué)界迄今為止未解的謎團(tuán)。

    脆性指數(shù)反映了隨著溫度的增加，材料熔化的快慢。多年來(lái)，脆性指數(shù)高的高分子聚合物和相應(yīng)小分子的脆性指數(shù)已經(jīng)被測(cè)量記錄。到現(xiàn)在為止，還沒(méi)有理論能明確解釋為什么許多聚合物的脆性指數(shù)約是小分子液體的1.5倍。

    一個(gè)來(lái)自美國(guó)、意大利、中國(guó)的跨國(guó)研究小組利用大量的工具和技術(shù)找到了更完整的高分子聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程圖片，并指出聚合物和小分子液體的不同。本周研究人員將研究成果發(fā)表在AIP的The Journal of Chemical Physics。

    來(lái)自橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研工作者，同時(shí)也是田納西大學(xué)的化學(xué)與物理學(xué)教授的Alexei P. Sokolov說(shuō)：“我與同事們共同研究了這個(gè)課題很久，盡管2007年我們發(fā)表了的具有相似題目的論文——Why many polymers are so fragile？——但那時(shí)我們只能提出問(wèn)題，而無(wú)法進(jìn)行解答。”多年來(lái)，我們通過(guò)許多不同的方法，得到了大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（這就是為什么有那么多的論文作者），最終提出了以聚苯乙烯為對(duì)象進(jìn)行全面研究。聚苯乙烯開(kāi)闊了實(shí)驗(yàn)的視野。研究人員使用不同鏈長(zhǎng)的聚苯乙烯探究熔化特性，發(fā)現(xiàn)：鏈長(zhǎng)較短時(shí)，脆性指數(shù)與鏈長(zhǎng)相關(guān)；隨著鏈長(zhǎng)增加，相關(guān)性降低。我們的研究成果可能有助于解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。

    研究人員意識(shí)到：對(duì)于高分子聚合物，節(jié)段性（也稱為結(jié)構(gòu)）松弛只是一小部分分子的松弛；相比于鏈弛豫，完整的分子尺度弛豫需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間；鏈弛豫而不是片段弛豫使非聚合系統(tǒng)具備相關(guān)性特征。

    這對(duì)我們的日常生活中高分子聚合物意味著什么呢？Sokolov說(shuō)：“我們的工作有更廣泛的影響，因?yàn)轭愃频臋C(jī)制可能同樣存在于軟凝聚態(tài)等復(fù)雜系統(tǒng)中，這是否有助于獲得更好的聚合物仍有待觀察，但它應(yīng)該有助于粘彈性性能良好的聚合物的設(shè)計(jì)。”

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