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伊利诺伊大学最新研究表明聚合物在压力处理后存在两种弛豫模式

文章来源：未知更新时间：2018-07-05 14:30:24

化学和生物分子工程学教授查尔斯施罗德(左， Charles Schroeder音译)和研究生周月城（Yuecheng Zhou音译）发现，作为个体的单个聚合物是如何发生共同作用，使合成材料具有粘度和强度等宏观特性。

图片来自：Brian Stauffer L.

研究人员表示，制作合成材料的聚合物在压力加工后需要时间来消除应力（弛豫）。一项新的研究发现溶液中的长链聚合物有两种不同的弛豫速率，这标志着基本聚合物物理学取得了新的进步。这些发现将帮助人们更好地理解高分子材料的物理性质，并对预测单个聚合物分子在高应力加工条件下的反应提供重要的理论支持。

这项发表在“物理评论快报”上的研究成果有助于提高制造合成材料的工艺水平，并在生物学、机械和材料科学以及凝聚态物理学中得到应用。

伊利诺伊大学化学与生物分子工程教授兼贝克曼高级科学技术学院教员的Charles Schroeder说：“聚合物在我们的单分子实验中通常表现出非常明显的“个人主义”行为，在缠结聚合物溶液中无法解释这种惊人的异相动力学特性。我们研究的一个主要目的是了解单个聚合物之间是如何协同工作，最终展现出材料的宏观特性，如粘度和韧性。”

研究人员使用一种称为单分子荧光显微镜的技术，可以实时观察单个聚合物分子在聚合物制造过程中经拉伸、拉和挤压后的弛豫情况。Schroeder说：“想象一下，这好比观察一碗煮熟的意大利面，尽管整碗面是混合的，我们也能观测到其中一根面条的运动情况。”

合著者兼研究生周月城(Peter)表示：“我们发现这些聚合物表现出两种截然不同的弛豫模式。一组聚合物在弛豫过程中保持单一的指数衰减速率，而另一组则表现出明显的阶段性。第二组聚合物先经历非常迅速的初始收缩，然后才是缓慢地弛豫。实验结果出乎人们意料地证明存在两种不同的聚合物群，使用经典理论不会预测到这种现象。”

研究人员表示，这项研究与具有高分子量的DNA有关，因为DNA是其他类型合成有机聚合物的理想模型。

Schroeder说：“我们选择DNA作为我们的聚合物模型，因为它的分子非常大，而且链足够长，可以在显微镜中成像。它们的重量也是相同的，这为我们的数据分析工作提供了一个非常简洁、定义明确的计算环境。”

研究者发现，随着缠结聚合物溶液中聚合物浓度的增加，表现出阶段性弛豫行为的分子亚群所占的百分比也在增加。

周月城说：“我们不清楚为什么单模弛豫或快速弛豫模式似乎与浓度有关，但它可能与增强的间聚物摩擦有关：聚合物越多，它们产生相互作用的机会就越大，偏离平衡的几率也会增大。我们正与伊利诺伊大学的理论科学家们合作，希望能更好地解释单模和双模弛豫现象。”

这个团队成员很高兴能帮助我们理解复杂的流体的流动情况，以及它们的成型情况和制造的信息，其中包括聚合物在高压力环境中的弛豫情况，例如用于三维打印的流体。

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