《Macromolecules》刊发中心学者巨型分子动力学研究新成果
发布人:张妮  发布时间:2017-11-27   

近日,中心刘庚鑫博士、程正迪教授、杨曙光教授等在Macromolecules》上发表题为Dynamics of Shape-Persistent Giant Molecules: Zimm-like Melt, Elastic Plateau, and Cooperative Glass-like”的研究论文,描述了巨型分子在熔体中的运动行为及动力学规律。


研究发现,当巨型分子的直径小于一个临界值(5nm)时,表现为类似Zimm模型的黏性;当巨型分子的直径大于这个临界值时,则不再能够自由扩散,表现出弹性,类似于玻璃化的状态,即从温度控制的分子行为转变到由体积分数控制的三维物体行为。这种由分子直径决定的动力学行为和规律与传统高分子或者胶体体系截然不同。


一维线性链状高分子的动力学可以抽象为“蛇形运动(Reptation)”,其受限制于由周围高分子链包裹形成的“管子”中,只能沿着线性“管子”进行蠕动,且无论高分子的分子量有多高,这种运动方式都存在;胶体粒子由于尺寸过大,热扰动kBT不再能够使其在胶体粒子的本体中运动,所以必须要在低体积分数的溶液环境下才能体现出动力学特征。


(注:巨型分子的直径决定其动力学行为为黏性还是弹性)


巨型分子具有刚性的三维结构,精确和单分散的化学结构,是近几年来发展的一类新材料。研究巨型分子的动力学和流变学规律,建立和完善具有三维形状的巨型分子和“巨原子”体系的动力学研究,对高分子物理的发展具有重要意义。形状持久的巨型分子作为一类新的软物质,不仅表现出与传统聚合物不同的动力学特征,而且可以预期,其可以作为聚合物和胶体之间的新桥梁,以及作为模拟合成重排和动态异质性的新平台,为研究者们提供了一种新的研究思路。据悉,巨型分子动力学与流变学研究目前已被列为先进低维材料中心应用基础研究的一项重要方向,旨在支持先进低维材料的加工与制备。


参考文献:GengXin Liu, Xueyan Feng, Kening Lang, Ruimeng Zhang, Dong Guo, Shuguang Yang, and Stephen Z. D. Cheng .Dynamics of Shape-Persistent Giant Molecules: Zimm-like Melt, Elastic Plateau, and Cooperative Glass-like[J]. Macromolecules, 2017, 50 (17), pp 6637–6646 DOI: 10.1021/acs.macromol.7b01058


(撰稿:王静,韦莉)