我国科学家在高分子结晶领域取得新的进展
胡文兵课题组就该成果于2009年4月在<<自然-材料学>>(Nature Materials,2009,8(4),348-353)上发表了者题为 “利用自晶种方法克隆高分子单晶” 的论文。
链折叠现象广泛存在于高分子结晶过程中。链状大分子在结晶时为了有利于非平衡相转变动力学,总倾向于形成亚稳态的折叠链片晶,使得半结晶的高分子材料通常具有层状的结晶相和非晶相彼此复合在一起的织态结构。结晶相为材料提供了必要的强度和硬度,非晶相则为材料提供了很好的韧性和弹性,所以高分子材料的性能有别于常见的金属、玻璃和陶瓷等无机材料。高分子片晶的厚度一般只有几十纳米,这样薄的晶体其熔点会远远低于热力学平衡熔点。因此在高分子薄片晶发生熔化时的温度仍然低于平衡熔点,过冷的熔体还有生成更厚更稳定晶体的可能。这种熔化和结晶共存的悖论状态可以利用来制备较厚的高分子晶种,从而在特定的位置和取向上引发同种高分子晶体的生长。这就是所谓的自晶种技术。
该文章对小单晶的克隆机理进行了深入的探讨。这一制备技术的成功很大程度上依赖于高分子片晶内部厚度的不均匀性。片晶内部较厚的结晶区域由于具有较高的热稳定性,能够在高温熔融热处理时幸存下来成为高分子自晶种,从而在低温下批量诱导小单晶的生成。基于简单格子模型的动态蒙特卡罗分子模拟证实了片晶内部的厚度不均匀现象。
胡文兵教授课题组多年来致力于高分子结晶的分子理论和模拟研究,在高分子结晶的统计热力学、微观动力学和特殊形态学等领域均取得了系统的研究成果。他本人于2004年入选教育部新世纪优秀人才培养计划,并于2008年获得了国家杰出青年科学基金的支持。