实验室左彪副教授，王新平教授，与美国普林斯顿大学Rodney Priestley教授，南佛罗里达大学David Simmons教授和日本九州大学Keiji Tanaka教授合作，开展了表面高分子微观动力学机制的深入研究，发现了“表面瞬时橡胶态”这一高分子物理新现象。研究论文以浙江理工大学为第一署名单位在Nature杂志发表（Nature 2021 596, 372-376），左彪为论文通讯作者，Priestley和Simmons教授为共同通讯作者；硕士生郝治伟为第一作者。这一发现有助于深入理解界面高分子的弛豫和运动行为，丰富对固体高分子复杂界面现象本质的认识。

表面是材料的边界，是与邻相间的过渡区域。表面分子受到来自材料内部和“邻相”分子的相互作用，处于不对称的环境中，具有区别于内部分子的热力学状态、动力学行为和物理性质。界面分子行为不易测量、难以预测，是化学、物理和材料领域的研究难点和挑战。现代量子化学奠基人、诺贝尔奖得主Wolfgang Pauli曾著文“God made the solid; the surface was invented by the devil”，指出了固体表面分子行为的复杂性。“如何在微观层面测量界面现象”被列入世界前沿125个科学问题名单。一个世纪以来，大量的理论和实验手段被发展出来研究材料表面，揭示表面复杂分子行为的本质。

高分子材料由相对分子质量高达几千到几百万的高分子化合物形成，是固体物质中的重要成员，也是目前使用最广泛的一类材料。最常见的高分子呈线形，具有链式结构，表现出比小分子更复杂的微观运动行为，具有多尺度和宽时域等特征。然而，长期以来，由于表征的困难，对固体高分子表面分子松弛与扩散的研究一直是重大挑战，至今未获突破。表面如何改变高分子链的运动行为；表面高分子链是否遵循经典高分子动力学理论？

针对表面高分子动力学这一重要科学问题，研究团队发展一种基于液滴表面张力诱导材料表面形变研究聚合物表面纳米蠕变的方法，建立了松弛时间跨度达6 ~ 8个数量级的宽时域、多尺度表面高分子动力学的表征方法。结合理论模拟，发现了控制表面高分子链扩散的“伪缠结”机制和表面“瞬时橡胶态”界面高分子新行为。由于表面分子与体相分子不同的运动活性，造成表面高分子链处于动力学不均匀环境，需要通过“逐步松弛”来实现扩散。因而，表面分子链内的链段的松弛由外表面分子运动能力决定，运动速率很快；整链松弛则主要由动力学受限的内部分子的运动能力决定。表面不同尺度分子松弛机制的差异改变了表面高分子黏弹性，使得在低温下缠结高分子体系表面分子的橡胶平台区域增长，进一步造成非缠结聚合物表面分子出现短暂的橡胶弹性态（即表面“瞬时橡胶态”），表现出类似普通拓扑缠结对高分子动力学和黏弹性影响的效果，故称为“伪缠结”。

“伪缠结”机制的提出和表面“瞬时橡胶态”的发现不仅加深了我们对材料磨损、摩擦、粘结、自愈合等界面现象本质的理解，还揭示了分子运动能力深度分布对表面高分子链运动的关键影响，深化了科学界对固体高分子复杂界面动力学和相关界面现象的认识。并且，表面高分子独特动力学行为还将激发大量实验和理论工作研究这一问题，发展描述界面高分子动力学的新理论，丰富高分子科学内涵，推动物质科学的发展。

链接： https://www.nature.com/articles/s41586-021-03733-7