《非晶態聚合物的鏈段耦合弛豫與粘彈性研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由吳學邦擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非晶態聚合物的鏈段耦合弛豫與粘彈性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳學邦
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高聚物的結構轉變與弛豫是軟凝聚態物理研究的前沿領域之一，同時它也是架設於高分子材料結構與性能之間的橋樑。非晶態聚合物在其玻璃態至橡膠態轉變過程中共存在α弛豫、sub-Rouse模式以及Rouse模式三種鏈段弛豫模式。然而，對於sub-Rouse模式的弛豫特徵及其內在本質卻知之甚少。在前期工作基礎上，本課題開展非晶態聚合物的鏈段耦合弛豫與粘彈性研究，擬採用力學譜技術，結合熱分析與介電技術研究聚合物的鏈段弛豫與粘彈性行為。探討聚合物的鏈段弛豫尤其是sub-Rouse模式的弛豫特徵與規律；基於耦合模型研究並比較α弛豫、sub-Rouse模式以及Rouse模式的耦合特徵，同時研究這三種鏈段弛豫過程所需激活能與激活熵的變化規律，闡明非晶態聚合物在玻璃態至橡膠態轉變過程中sub-Rouse模式的內在物理機制，全面認識非晶態聚合物鏈段弛豫的基本特徵與規律，為開發新型功能高分子材料的實踐提供理論依據。
結題摘要
高聚物的結構轉變與弛豫是軟凝聚態物理研究的前沿領域之一，同時它也是架設於高分子材料結構與性能之間的橋樑。本項目利用液態內耗技術研究了非晶態聚合物的鏈段耦合弛豫與粘彈性行為。主要研究內容和結論如下：（1）研究了一系列非晶聚合物如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸烷基酯、聚醋酸乙烯酯、聚異丁烯、聚異戊二烯等的鏈段弛豫行為，我們發現Sub-Rouse模式對於非晶態聚合物是普遍存在的。（2）利用二維關聯譜技術，我們將內耗曲線分解為三個弛豫峰，分別對應於α模式，Sub-Rouse模式和Rouse模式。研究發現Sub-Rouse模式的弛豫時間在溫度TB≈1.2 Tg處出現一個轉折性變化。利用耦合模型，我們發現其耦合參數也在TB處出現一個拐點，這表明該轉折性變化是由降溫過程中分子間耦合作用的改變所引起的。（3）結合前人正電子湮滅譜和絕熱量熱法實驗結果，我們發現Sub-Rouse模式的弛豫時間、弛豫強度、非指數因子、構型熵的變化以及三重態正電子素壽命在TB處均發生變化，這表明其動力學上觀察的轉變與熱力學行為緊密關聯。（4）我們揭示了Sub-Rouse模式的物理本質，發現Sub-Rouse模式屬於鏈段間耦合或關聯弛豫，與體系的密度密切相關。研究還發現Sub-Rouse模式的弛豫時間在TB處幾乎不變，與聚合物的分子量和微結構均無關。由於Sub-Rouse模式僅存在於高分子材料中（簡單小分子材料沒有），因此它為研究高分子的動力學以及玻璃化轉變的物理機制提供了新視角。（5）基於液態內耗技術，研究了高分子PNIPAM微凝膠體系在高濃度下的相轉變行為，構建了體系在不同交聯度、溫度和濃度下的相圖。發現了兩種異常的結構轉變並給予理論解釋。該結果豐富和加深人們對微凝膠體系相轉變行為的認識與理解。（6）基於內耗技術我們研究了顆粒體系的能量耗散性質。通過顆粒鏈的共振峰來定量表征微觀顆粒鏈的力學性質。研究結果表明低頻微剪下振動下顆粒鏈間的力學性質主要由Hertz定律決定。研究還發現顆粒鏈的共振頻率隨形變數等因素之間存在一個普適的標度關係，它不依賴於顆粒的種類及外加壓強等條件。在本基金的資助下已發表SCI論文8篇（標註資助號），其中一篇以封面文章發表在《Soft Matter》上，並被選為年度熱點文章。申請人應邀在第十七屆國際內耗與力學譜學術會議上作主題邀請報告。
