非晶态聚合物的链段耦合弛豫与粘弹性研究

高聚物的结构转变与弛豫是软凝聚态物理研究的前沿领域之一，同时它也是架设于高分子材料结构与性能之间的桥梁。本项目利用液态内耗技术研究了非晶态聚合物的链段耦合弛豫与粘弹性行为。主要研究内容和结论如下：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、聚异丁烯、聚异戊二烯等的链段弛豫行为，我们发现Sub-Rouse模式对于非晶态聚合物是普遍存在的。2）利用二维关联谱技术，我们将内耗曲线分解为三个弛豫峰，分别对应于α模式，Sub-Rouse模式和Rouse模式。研究发现Sub-Rouse模式的弛豫时间在温度TB≈1.2 Tg处出现一个转折性变化。利用耦合模型，我们发现其耦合参数也在TB处出现一个拐点，这表明该转折性变化是由降温过程中分子间耦合作用的改变所引起的。3）结合前人正电子湮灭谱和绝热量热法实验结果，我们发现Sub-Rouse模式的弛豫时间、弛豫强度、非指数因子、构型熵的变化以及三重态正电子素寿命在TB处均发生变化，这表明其动力学上观察的转变与热力学行为紧密关联。4）我们揭示了Sub-Rouse模式的物理本质，发现Sub-Rouse模式属于链段间耦合或关联弛豫，与体系的密度密切相关。研究还发现Sub-Rouse模式的弛豫时间在TB处几乎不变，与聚合物的分子量和微结构均无关。由于Sub-Rouse模式仅存在于高分子材料中（简单小分子材料没有），因此它为研究高分子的动力学以及玻璃化转变的物理机制提供了新视角。5）基于液态内耗技术，研究了高分子PNIPAM微凝胶体系在高浓度下的相转变行为，构建了体系在不同交联度、温度和浓度下的相图。发现了两种异常的结构转变并给予理论解释。该结果丰富和加深人们对微凝胶体系相转变行为的认识与理解。6）基于内耗技术我们研究了颗粒体系的能量耗散性质。通过颗粒链的共振峰来定量表征微观颗粒链的力学性质。研究结果表明低频微剪切振动下颗粒链间的力学性质主要由Hertz定律决定。研究还发现颗粒链的共振频率随形变量等因素之间存在一个普适的标度关系，它不依赖于颗粒的种类及外加压强等条件。在本基金的资助下已发表SCI论文8篇（标注资助号），其中一篇以封面文章发表在《Soft Matter》上，并被选为年度热点文章。申请人应邀在第十七届国际内耗与力学谱学术会议上作主题邀请报告。