化工儀器網(wǎng)手機(jī)版
移動(dòng)端訪問更便捷
今日焦點(diǎn) Today's Focus
查看更多+-
干貨滿滿！“紅外熱像技術(shù)在石化行業(yè)氣體檢測中的創(chuàng)新與應(yīng)用”線上會(huì)議報(bào)名開啟
2025年5月28日14:00，化工儀器網(wǎng)聯(lián)合燧石技術(shù)([詳細(xì)]
中科院化學(xué)所王篤金課題組在高分子結(jié)晶領(lǐng)域取得系列進(jìn)展
2021年09月01日 08:33:36
來源：中科院化學(xué)研究所 點(diǎn)擊量：6701
科院化學(xué)研究所工程塑料院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉國明、王篤金及合作者用陽極氧化鋁模板(AAO)構(gòu)建二維納米受限空間，研究高分子受限結(jié)晶的若干基本科學(xué)問題，取得了一系列進(jìn)展。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】目前，結(jié)晶性高分子材料約占所有熱塑性高分子材料的70%，因此高分子結(jié)晶的研究也受到工業(yè)界的廣泛重視。但自1957年，Andrew Keller在高分子單晶研究的基礎(chǔ)上提出了折疊鏈結(jié)晶模型，到如今已60多年，學(xué)術(shù)界仍然缺乏統(tǒng)一的、被普遍接受的高分子結(jié)晶學(xué)理論。
2017年， Macromolecules慶祝創(chuàng)刊50周年時(shí)，“高分子結(jié)晶理論”被該期刊列為高分子科學(xué)未解決的十大問題之首，充分說明了該領(lǐng)域研究的重要性和挑戰(zhàn)性。
自2013年開始，在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持下，中科院化學(xué)研究所工程塑料院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉國明、王篤金及合作者用陽極氧化鋁模板(AAO)構(gòu)建二維納米受限空間，研究高分子受限結(jié)晶的若干基本科學(xué)問題，取得了一系列進(jìn)展。
高分子的成核分為均相成核和異相成核。通常情況下，高分子結(jié)晶以異相成核為主；當(dāng)結(jié)晶被限制在微納米區(qū)域時(shí)，若微區(qū)密度大于異相成核點(diǎn)的密度，則可能出現(xiàn)均相成核。對均相成核的研究，常常受到“多重結(jié)晶現(xiàn)象”的干擾，即隨著溫度降低出現(xiàn)多個(gè)結(jié)晶過程。經(jīng)過系統(tǒng)研究，該課題組證明AAO體系中“多重結(jié)晶”來源于表面殘余的高分子造成的“微區(qū)連接”效應(yīng)(Macromolecules 2017, 50, 9015)。在此基礎(chǔ)上，利用同步輻射原位X射線衍射技術(shù)，發(fā)現(xiàn)聚氧乙烯(PEO)結(jié)晶速率正比于AAO孔體積，提供了一個(gè)確立均相成核的嚴(yán)格判據(jù)(Langmuir 2019, 35, 11799)。高分子結(jié)晶的獨(dú)特之處在于，可以通過在一定的溫度區(qū)間內(nèi)保留“自晶核”來增加成核密度。由于熔體分割效應(yīng)，AAO中高分子自成核的溫度區(qū)間隨著孔徑減小而變窄，并最終消失(Macromolecules 2021, 54, 3810)。
在晶體取向方面，該課題組通過研究單分散的PEO在一系列不同孔徑的AAO中的取向特征，發(fā)現(xiàn)當(dāng)AAO孔的直徑大于PEO鏈長時(shí)，PEO分子鏈垂直于孔道；AAO孔的直徑低于PEO鏈長時(shí)，PEO分子鏈平行于孔道。這一結(jié)果證實(shí)了熱力學(xué)穩(wěn)定性對于晶體取向的決定性作用(ACS Macro Lett. 2013, 2, 181)。進(jìn)一步，以X射線極圖法全面表征了PEO的取向，闡明了其對結(jié)晶條件和孔徑的依賴性(Macromolecules 2018, 51, 9484)，并結(jié)合模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了高分子取向的新模型(高分子學(xué)報(bào) 2019, 50, 281)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)認(rèn)識的不足。
受限空間中高分子的物理行為除了受尺寸效應(yīng)影響外，界面效應(yīng)也不可忽視。但是，界面效應(yīng)往往和尺寸效應(yīng)耦合，難以單獨(dú)討論。該課題組發(fā)現(xiàn)，在AAO中聚乳酸(PLLA)從玻璃態(tài)結(jié)晶時(shí)，結(jié)晶速率大于本體高分子，顯著不同于以往的報(bào)道(Macromolecules 2015, 48, 2526)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，聚乳酸和AAO之間存在界面層，其中高分子鏈段松弛時(shí)間較本體材料更短，從而降低了成核能壘(Macromolecules 2019, 52, 6904)。另一個(gè)界面效應(yīng)突出的例子是聚丁烯-1(PB-1)的晶型轉(zhuǎn)變。PB-1結(jié)晶時(shí)優(yōu)先生成亞穩(wěn)性的Form II，其在室溫退火過程中自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的Form I。在AAO中，隨著孔徑減小，F(xiàn)orm II向Form I的轉(zhuǎn)變速率降低。通過考察轉(zhuǎn)化率和孔徑的關(guān)系，推斷存在厚度約為12 nm的界面層(Macromolecules 2020, 53, 6510)。
基于在高分子結(jié)晶和受限結(jié)晶領(lǐng)域取得的成果，近期該課題組應(yīng)邀撰寫關(guān)于高分子分級結(jié)晶的綜述(Prog. Polym. Sci. 2021, 115, 101376)和高分子受限結(jié)晶的專論(Acc. Chem. Res. 2021, 54, 3028)，系統(tǒng)介紹了高分子在受限環(huán)境中成核和晶體生長的研究進(jìn)展，并提出了該領(lǐng)域有待深入研究的重要科學(xué)問題。
高分子在納米孔中的結(jié)晶行為
相關(guān)閱讀 Related Reading
查看更多+-
賽船科技最新BR Prima霹靂 P5 XRF亮相CIBF2025，助力企業(yè)應(yīng)對歐盟ROHS標(biāo)準(zhǔn)
在此次展會(huì)現(xiàn)場，賽船科技攜自主研發(fā)的Prima霹靂系列XRF分析儀，以及代理瑞士FlexAFM原子力顯微鏡、德國耐馳熱分析儀器DS...2025-05-20 16:37:46 -
賦能新能源產(chǎn)業(yè)安全升級 歐美大地CIBF2025展現(xiàn)硬核實(shí)力
歐美大地儀器設(shè)備中國有限公司重磅展示了THT全球領(lǐng)先的電池?zé)岚踩珳y試解決方案，以尖端科技賦能新能源產(chǎn)業(yè)安全升級。2025-05-20 10:53:45 -
預(yù)算301萬 環(huán)境與植物保護(hù)研究所采購熒光光度計(jì)等
近日，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所就“熱帶生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究平臺(tái)儀器設(shè)備購置項(xiàng)目”發(fā)布公開招標(biāo)公告，預(yù)算金額為30...2025-05-08 08:53:46 -
江蘇省閃射法導(dǎo)熱儀中標(biāo)結(jié)果公告
項(xiàng)目名稱：長三角太陽能光伏技術(shù)創(chuàng)新中心采購閃射法導(dǎo)熱儀項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：0660-2540GMW20182，招標(biāo)范圍：長三角太陽能光...2025-04-10 10:38:31 -
2903.1萬大單！研究中心采購實(shí)驗(yàn)室分析儀器
近日，河南省科學(xué)院質(zhì)量檢驗(yàn)與分析測試研究中心就“河南省科學(xué)院質(zhì)量檢驗(yàn)與分析測試研究中心河南省科學(xué)院大型儀器設(shè)備開放共享平臺(tái)儀器設(shè)備...2025-04-10 08:54:40 -
項(xiàng)目名稱：廣西石化化工中心化驗(yàn)室物性分析及光譜色譜分析設(shè)備，項(xiàng)目編號：0720-2540zbzx0017，招標(biāo)范圍：貨物名稱及數(shù)量...2025-03-17 13:33:15
版權(quán)與免責(zé)聲明
- ①凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其他方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
- ②本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
- ③如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
