高分子塑料表面原來呈橡膠狀 研究論文近日發表于《Nature》

記者24日從浙江理工大學獲悉，該校左彪副教授團隊聯合美國、日本學者，通過研究表面高分子運動機制，發現硬而脆的高分子塑料表面原來呈現類橡膠的力學行為。這一新發現加深了學界對高分子材料磨損、摩擦、黏結、自愈合等諸多界面現象本質的理解。研究論文近日發表于《Nature》。

高分子材料應用廣泛，我國高分子塑料制品年產量已達7000萬噸。高分子材料表現出許多奇異界面現象，例如黏—滑摩擦行為、低溫塑性和可黏合性等，從而對其使用效果產生影響。實現對高分子界面現象分子起源的認識和有效控制，對于發展高性能高分子材料具有重要價值。

科學界已經發現高分子表面分子具有很高的運動能力，然而高分子塑料表面分子的運動狀態和力學行為仍然是一個謎。針對這一問題，論文通訊作者左彪聯合國際學者發展了一種利用微液滴誘導高分子膜表面發生納米尺度變形，從而研究高分子材料表面納米蠕變的方法，由此建立了松弛時間跨度達6—8個數量級的寬時域、多尺度表面高分子動力學的表征新方法，一舉解決了塑料高分子表面動力學表征的難題。

結合理論和模擬深入研究，研究人員最終發現了控制表面高分子鏈擴散的“偽纏結”機制和表面“瞬時橡膠態”高分子物理新現象，即硬、脆的高分子塑料表面呈現出類似柔性橡膠的性質。

常規的認知下，塑料表面是很硬、不會變形的。“從該研究結果來看，塑料表面其實存在幾十個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的界面現象就可以得到合理的解釋。”左彪認為，這項研究結果深化了人們對固體高分子表面分子動力學和機械力學的認識，是界面科學和高分子科學一次重要學術突破，可為高分子材料界面性質調控及其加工、成型和性能控制提供新思路。