在受限聚合物薄膜体系中，表面效应起到增强聚合物分子运动能力的作用，被认为是显著影响薄膜分子运动的关键因素之一。研究发现，表面效应使得薄膜表面存在一层“liquid-like”活性层，具有比本体更强的运动能力。随着薄膜厚度的下降，表面活性层占整张薄膜的体积分数增加，极大的影响了聚合物薄膜分子的运动及其物理性能。在目前的研究中，表面活性层的存在已经被广泛证明，然而对于表面活性层的厚度的测量缺乏多样化的测试方法，对于文献报道的不同测量结果缺乏更深入的认识。
在这篇文章中，作者利用课题组前期工作发现的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜的分步结晶现象（表面活性层分子先结晶，本体再结晶），通过椭圆偏振光谱仪以及X-射线反射技术测量了PET薄膜中表面结晶层的厚度（hscry）。研究发现，hscry与薄膜厚度、聚合物分子量无关，而与温度相关。随着温度从343 K增加到373 K时，hscry从4 nm增加到13 nm。该结果与利用cooperative strings model理论计算的结果相一致。此外，作者认为文献报道的大小不一的测量结果是由于观测表面分子不同尺度的运动造成的。当观测表面分子链段运动的时候，获得的表面活性层厚度是hsseg，当观测表面分子整链运动的时候，获得的表面活性层厚度是hschain。由于不同尺寸的分子运动难易程度不同，测得的表面活性层厚度也不同，一般来说hsseg > hscry > hschain。该研究结果给出了表面结晶层厚度与温度的关系，并统一了文献中关于表面活性层厚度的报道。
该论文于2018年4月25日发表于Macromolecules。（Macromolecules 2018, 51, 3423-3432.）
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.8b00396
撰稿人：徐健荃