8月18日,浙江理工大学左彪、王新平,美国普林斯顿大学Rodney Priestley,美国南佛罗里达大学David Simmons和日本九州大学Keiji Tanaka合作,以浙江理工大学为第一署名单位撰写的论文在《Nature》正刊发表。左彪为论文通讯作者,Priestley和Simmons为共同通讯作者;浙江理工大学硕士生郝治伟为第一作者,发表了在表面高分子链微观动力学机制上取得的重要研究成果。该成果是浙江理工大学在自然科学领域的重大科研突破。

该研究在表面高分子链微观动力学机制上取得了创新成果。表面是材料的边界,是与邻相间的过渡区域。表面分子受到来自材料内部和邻近相分子的相互作用,处于不对称的环境中,具有显著区别于内部分子的热力学状态和动力学行为。界面分子行为不易测量、难以预测,是化学、物理和材料领域的研究难点。现代量子化学奠基人、诺贝尔奖得主Wolfgang Pauli曾著文“上帝创造了固体,魔鬼发明了表面”,指出了固体表面分子行为的复杂性。“如何在微观层面测量界面现象”,被列入世界前沿125个科学问题名单。一个世纪以来,大量的理论和实验手段被发展出来研究材料表面,揭示表面复杂分子行为的本质。

高分子材料由相对分子质量高达几千到几百万的高分子化合物形成,是固体物质中的重要成员。最常见的高分子呈线形,具有链式结构,表现出比小分子更复杂的微观运动行为,具有多尺度和宽时域等特征。长期以来,由于表征的困难,对固体高分子表面分子松弛与扩散的研究一直面临重大挑战,未获突破性进展。
表面如何改变高分子链的运动行为;表面高分子链是否遵循经典高分子动力学理论?这些问题都亟待解决。解决这些问题、建立描述表面高分子动力学的模型,将极大提升我们对高分子界面行为的认识水平,加深对材料摩擦、润滑、浸润、粘结、吸附等界面现象的理解。同时,界面高分子动力学新现象和新机制的发现,将为高分子材料加工、制备、结构设计和性能应用提供重要指导,助力高分子产业的创新发展。
针对表面高分子动力学这一重要科学问题,浙江理工大学高分子表界面研究团队发展了一种聚合物表面纳米蠕变测量方法,实现了聚合物表面多尺度分子运动的表征,从而促进了界面高分子动态过程的研究和相关新机理的发展。利用这一方法,结合模拟和理论,研究了玻璃态高分子表面分子运动行为,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。该研究结果深化了对固体高分子表面动力学的认识,是界面科学和高分子科学一次具有重要学术意义的研究突破。
“伪缠结”机制的提出和“表面瞬时橡胶态”的发现,加深了人们对材料磨损、摩擦、粘结、自愈合等界面现象本质的理解,为高分子材料加工、成型和性能控制提供了新思路。表面高分子独特动力学行为还将激发大量实验和理论工作。聚焦这一问题的研究,发展描述界面高分子动力学的新理论,丰富高分子科学内涵,推动物质科学发展。