記者24日從浙江理工大學(xué)獲悉，該校左彪副教授團隊聯(lián)合美國、日本學(xué)者，通過研究表面高分子運動機制，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)界對高分子材料磨損、摩擦、黏結(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，我國高分子塑料制品年產(chǎn)量已達7000萬噸。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、低溫塑性和可黏合性等，從而對其使用效果產(chǎn)生影響。實現(xiàn)對高分子界面現(xiàn)象分子起源的認識和有效控制，對于發(fā)展高性能高分子材料具有重要價值。

科學(xué)界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)高分子表面分子具有很高的運動能力，然而高分子塑料表面分子的運動狀態(tài)和力學(xué)行為仍然是一個謎。針對這一問題，論文通訊作者左彪聯(lián)合國際學(xué)者發(fā)展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，由此建立了松弛時間跨度達6—8個數(shù)量級的寬時域、多尺度表面高分子動力學(xué)的表征新方法，一舉解決了塑料高分子表面動力學(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散的“偽纏結(jié)”機制和表面“瞬時橡膠態(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)的認知下，塑料表面是很硬、不會變形的。“從該研究結(jié)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(guān)的界面現(xiàn)象就可以得到合理的解釋。”左彪認為，這項研究結(jié)果深化了人們對固體高分子表面分子動力學(xué)和機械力學(xué)的認識，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。