界面相互作用是决定材料界面现象和物理性能的关键因素，在超薄涂层、电子器件、光电材料、芯片制程、生物材料以及复合材料等重要新兴产业和工程应用中起着极为重要的作用。正确理解界面相互作用强度对受限聚合物薄膜链松弛与缠结演化的规律不仅是高分子科学的重要组成部分，而且是微纳米高分子材料加工和设计的理论基础。由于缺乏实验手段，目前研究界面相互作用强度对受限聚合物薄膜链松弛与缠结演化的影响仅集中在计算机模拟上，仍然缺乏实验的直接证据。
我们前期工作（Soft matter 2016, 12, 6120−6131；Macromolecules 2021, 54, 3735−3743）发展了一种通过监测液滴表面张力作用下薄膜蠕变行为表征固体基底上受限聚合物薄膜链松弛与缠结的新实验方法。基于此方法，本文研究了基底与聚合物相互作用对受限缠结聚苯乙烯（PS）薄膜链松弛动力学的影响。研究发现，当PS薄膜在界面能（γs–p）为44.9和2.3 mJ m−2的基底上时，其链松弛时间随着薄膜厚度的减小分别呈单调递减和递增的趋势。对于γs–p从33.5 mJ m−2降至10.6 mJ m−2的基底，PS薄膜的链松弛时间先是随薄膜厚度减小而降低，随后又单调增加。我们提出了一个新的物理模型来描述这种特殊的松弛行为，并用它来阐明PS薄膜非单调松弛动力学的起源。这种非单调的松弛行为归因于解缠结效应和基底效应之间的竞争：解缠结效应加速了PS链的松弛动力学，而基底效应则延缓了这一过程。而当γs–p = 2.3 mJ m−2，PS薄膜在界面处的摩擦系数迅速增加，屏蔽了解缠结的趋势，并主导了PS薄膜的松弛动力学。进一步通过蒙特卡洛模拟证实了这种独特的松弛机制。这些结果揭示了受限聚合物薄膜松弛行为的复杂机制，将为纳米受限聚合物材料的加工提供理论基础。
论文得到国家自然科学基金（22173081, 22161160317和22073093）及河北省自然科学基金（Grant B 2020507044）等项目的资助，以“Competition between Disentanglement Effect and Interfacial Effect Determines the Chain Relaxation Dynamics of Entangled Ultrathin Polystyrene Films”为题发表于Macromolecules，课题组王风亮博士为文章第一作者，王新平教授为通讯作者。
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https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c01788