8月18日，浙江科技大学的左彪、王馨平，普林斯顿大学的罗德尼普里斯特利，南佛罗里达大学的大卫西蒙斯，日本九州大学的基吉。
田中合作，浙江理工大学作为第一签约单位撰写的论文发表在《Nature》期。左彪为论文通讯作者，Priestley和Simmons为合著者；浙江理工大学硕士研究生郝志伟为第一作者，发表了关于表面聚合物链微观动力学机理的重要研究成果。这是我校在自然科学领域的重大科研突破。
本研究在表面聚合物链的微观动力学机制方面取得了创新性成果。表面是材料的边界和相邻相之间的过渡区域。表面的分子受到来自材料内部和相邻相的分子的相互作用，处于不对称的环境中，具有与内部分子明显不同的热力学状态和动力学行为。界面分子行为难以测量和预测，是化学、物理和材料领域的研究难点。沃尔夫冈，现代量子化学的创始人和诺贝尔奖获得者
泡利曾经写过一篇文章《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个科学问题清单。在过去的一个世纪里，人们发展了大量的理论和实验方法来研究材料的表面，揭示表面复杂分子行为的本质。
高分子材料是固体物质的重要组成部分，由相对分子量为几千到几百万的高分子化合物形成。最常见的聚合物是线性的，具有链状结构，表现出比小分子更复杂的微动行为，具有多尺度、宽时域的特点。长期以来，由于表征的困难，固体聚合物表面分子弛豫和扩散的研究一直面临着巨大的挑战，没有取得突破。表面如何改变聚合物链的运动行为；表面聚合物链是否遵循经典的聚合物动力学理论？这些问题亟待解决。解决这些问题，建立描述表面聚合物动力学的模型，将大大增强我们对聚合物界面行为的理解，加深我们对材料摩擦、润滑、渗透、粘附和吸附等界面现象的理解。同时，界面聚合物动力学新现象和新机制的发现，将为聚合物材料的加工、制备、结构设计和性能应用提供重要指导，有助于聚合物工业的创新和发展。
图1 液滴表面张力诱导聚合物表面发生形变的示意图
针对表面聚合物动力学这一重大科学问题，浙江理工大学聚合物表面界面研究团队开发了一种测量聚合物表面纳米蠕变的方法，实现了聚合物表面多尺度分子运动的表征，从而推动了界面聚合物动力学过程的研究和相关新机制的开发。利用该方法，结合模拟和理论，研究了玻璃态聚合物表面的分子运动行为，发现了控制聚合物链在表面扩散的“伪纠缠”机制和表面“瞬时橡胶态”聚合物物理的新现象。
如图2a所示，由于表面分子间力的减弱，表面分子比本体分子具有更强的运动活性。表面上分子(链段)的迁移率随着离表面深度的增加而逐渐减弱，导致表面上的聚合物链处于动力学不均匀的环境中。一些片段位于具有高运动活性的外表面区域，而一些片段局限于缓慢松弛的玻璃状体(图2a)。因此，表面聚合物链需要逐渐松弛以实现扩散。与外表面接触的运动活性高的节段首先开始放松；随着时间的增加，离地表较深的片段依次移动；当时间增加到接近由离表面最远的链段的摩擦系数决定的弛豫时间时，整个分子链开始扩散。可以看出，表面不同尺度下分子运动的控制因素存在差异。链段弛豫由表面分子的迁移率决定，迁移率非常快。因为全链扩散需要解除玻璃体积的限制，所以全链弛豫由体积动力学决定。不同尺度分子弛豫机制的差异改变了表面聚合物的粘弹性，使得纠缠聚合物体系表面分子的橡胶平台区域在低温下生长。它还使非纠缠聚合物表面的分子呈现一种瞬时的橡胶态，即“瞬时橡胶态”(如图2b所示)，表现出类似于拓扑纠缠对聚合物粘弹性的影响，故称之为“伪纠缠”。此外，还发现表面分子动力学解耦与时间-
温度等效原理的失效与大分子的动力学行为有很大的不同。
图2 a 表面分子运动能力深度分布和高分子链构象示意图；代表链段松弛时间（1 3 5 7 bulk）；
b 低于缠结分子量聚合物表面链段均方位移与时间的依赖关系。从图2b可见，温度较低时，非缠结高分子表面出现橡胶平台。
结果该研究加深了对固体聚合物表面动力学的理解，是界面科学和聚合物科学领域具有重要学术意义的突破。“伪纠缠”机制和“表面瞬时橡胶态”的发现，加深了我们对材料磨损、摩擦、粘附和自愈合等界面现象本质的认识，为高分子材料的加工、成型和性能控制提供了新思路。聚合物表面独特的动力学行为也将激发大量的实验和理论工作。重点研究这一问题，发展描述界面聚合物动力学的新理论，丰富聚合物科学。
涵，推动物质科学发展。主要作者简介：
郝治伟（第一作者） ，2017-2020年在浙江理工大学化学系攻读硕士学位，期间致力于聚合物表面分子动力学的研究。
左彪（通讯作者）
，2004年-2014年，就读于浙江理工大学，先后获得学士、硕士和博士学位。纺织科学与工程博士毕业后，留校任教。期间，分别在日本九州大学和美国普林斯顿大学进行了为期3个月和2年的学术访问，开展学术研究。从2010年起，长期从事高分子表面微结构和动力学的高分子物理基础研究，旨在从分子层面上揭示表界面高分子奇异动力学的机制和机理，发展界面高分子物理新概念，实现对高分子材料界面机械力学、黏弹性和摩擦等行为的深入认识和控制。以通讯作者/第一作者在Nature，Phys.
Rev. Lett.，ACS Nano，J. Phys. Chem. Lett.，Macromolecules等重要学术刊物上发表论文30余篇。
来源： 浙江理工大学
