高聚物的转变和弛豫是软凝聚态物理研究的前沿领域,同时也是架设于高分子材料结构与性能之间的桥梁。掌握高分子软物质的弛豫特征及其规律可以帮助我们更深刻理解其微观结构与宏观性能间的关系,有利于人们通过改变材料的结构(化学改性)和形态(物理改性)开发高性能和功能化的高分子材料。

  非晶态高聚物在其玻璃态至橡胶态转变过程中共有α弛豫、sub-Rouse模式以及Rouse模式三种链段弛豫模式。然而,对于sub-Rouse模式的弛豫特征及内在本质却知之甚少。中科院合肥物质科学研究院固体所吴学邦博士、刘长松研究员和朱震刚研究员所在课题组利用力学谱仪研究聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的链段弛豫行为,发现与小分子的结构弛豫以及高分子的α弛豫一样,高聚物Sub-Rouse弛豫的动力学同样在温度TB处出现一个转折性变化,且TB处的弛豫时间与高聚物的结构无关,约为0.1s。运用耦合模型同样发现在TB处,sub-Rouse模式的耦合参数n也出现一个拐点,故该变化是由降温过程中TB至Tg间分子间的耦合作用显著增强引起的。