《聚合物分子鏈的低溫流動研究及在材料製備中的套用》是依託南京大學，由薛奇擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：聚合物分子鏈的低溫流動研究及在材料製備中的套用
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：薛奇
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
聚合物由於長鏈分子間複雜的纏繞與偶合，分子流動比較困難。其成型加工要在高於玻璃化轉變溫度之上才能進行。既消耗大量能源，又易使聚合物分解產生污染。根據統計物理中的新近發展的堵塞（jamming）理論，堆積密度受調控的分子鏈在剪下力作用下，可以在低溫下發生玻璃化轉變。本項目擬通過調控分子鏈之間的臨近距離，減少鏈間偶合，使之受力時在室溫之下就可能發生流動。擬用核磁共振及螢光無輻射能量轉移的光譜方法，在分子水平上描述大分子鏈之間的相互作用，尋找調控鏈間臨近距離的物理方法及化學合成途徑；深入理解受控分子鏈的去堵塞（unjamming）原理。利用本課題組搭建的具有特色的超快和超靈敏量熱儀，研究分子鏈的動力學和熱力學的機制。發展研究高分子物理的新方法和新理論, 探索大分子的冷流行為在成型加工中的套用。 這一課題將有助於深入理解聚合物玻璃化轉變的機制, 並對發展低溫成型工藝起推動作用。
結題摘要
聚合物由於分子鏈之間複雜的纏繞和耦合，分子的流動變得困難。常規的聚合物加工成型需要將體系溫度升高到玻璃化轉變溫度之上才能進行。這既消耗大量能源，又易使聚合物分解而產生污染。本項目將高分子鏈間的纏結、弱相互作用及耦合效應等複雜的多體問題簡化為分子鏈的鄰近度。利用固體核磁共振及螢光無輻射能量轉移的方法，發展了一套表征高分子鏈間鄰近距離的方法。通過冷凍乾燥和溶液沉澱的方法製備得到了一系列鏈間鄰近距離可控的高分子樣品，並用多種表征手段研究了其玻璃化轉變行為，揭示了玻璃態高分子鏈間鄰近度和鏈段運動性的關係。此外，流變實驗表明冷凍乾燥的高分子樣品的纏結回復時間遠遠長於本體的末端鬆弛時間，我們創造性地將纏結回復過程看成是應力鬆弛的互補過程，推導出了纏結回復的一般性方程。 從統計物理中的新近發展的擁塞理論出發，我們綜合考察了高分子體系中溫度、應力及堆積密度相互之間的關係，首次提出了無定形高分子體系的擁塞相圖。該相圖的構建不僅具有重要的理論意義，同時還為材料加工提供了一條新的思路。通過增大高分子鏈間的距離，減小體系堆積密度，樣品可以在遠低於Tg的溫度下單純靠施加應力而發生流動，而實現聚合物的低溫加工成型。此外，利用乳液聚合法合成聚合物納米微球，由於納米受限效應和應力誘導效應，高分子的鏈段運動性可得到極大的提高，同樣也可實現低溫加工的效果。我們發展的低溫加工工藝對於具有生物活性、高溫易分解的材料的加工具有重要的指導意義。 最後，利用本課題組搭建的具有特色的超靈敏量熱儀和螢光無輻射能量轉移的方法，我們研究了聚合物超薄膜中分子鏈的鏈構象及與動力學、熱力學的關聯。我們發現通過改變聚合物/基底的界面性質可達到調控薄膜玻璃化轉變行為之目的。此外，我們研究了二維納米孔道中聚合物的玻璃化轉變，發現了雙重玻璃化轉變行為。這些研究將有助於深入理解聚合物玻璃化轉變的機制,並對發展低溫成型工藝起探索作用。
