高分子結晶理論是高分子科學的一大難點和挑戰。近一個世紀以來,為了理解和解決高分子結晶的成核與生長這一基礎科學問題,學者們提出了許多不同的理論模型。但受限于高分子體系本身的復雜與多樣性,目前為止,并沒有一套理論模型可以完整的描述高分子結晶的過程與特點。
近日,中科大李良彬教授團隊在Macromolecules上發表題為《高分子結晶:克服分子鏈柔性和連結性的艱難過程》(Tough Journey of Polymer Crystallization: Battling with Chain Flexibility and Connectivity)的展望文章,博士生唐孝良和副研究員陳威為論文的共同第一作者。
該展望以拋出問題,激發討論為目的。首先追根溯源,介紹了經典成核理論和非經典成核理論,總結了這些重要理論模型的特點,基本假設和不足之處。在此基礎上,該論文回顧高分子結晶的Hoffmann-Lauritzen模型和Strobl教授提出的Multi-stage模型,以及這兩種模型之間的爭議。 此外,該展望還介紹了近年來在蛋白質、膠體粒子等領域中發展而來的“兩步成核”理論,借此強調了在高分子結晶中中間態的存在及其結晶中的重要作用。
相比于小分子,高分子的主要特點是其長鏈結構帶來的連結性(Connectivity)與柔性(Flexibility)。該展望就高分子這兩個特點,建議了構建高分子結晶理論需要考慮三個問題:
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1、柔性鏈段如何轉變成為構象有序的剛性鏈段?
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2、半晶聚合物中無定形部分是如何形成的?
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3、無定形鏈段是否會被晶區鏈段拉到生長前端?
基于對高分子結晶過程的理解,該論文用一幅生動形象的卡通概括了高分子結晶的艱難過程。(圖1,Macromolecules封面圖片)
李良彬教授帶領的軟物質智能制造團隊一直秉承著產學研三者相結合的發展思路,在始終堅持培養軟物質研究領域具有深厚理論基礎、優秀動手能力和獨立科研能力的碩士研究生和博士研究生的同時,一方面致力于研究軟物質材料在外場誘導下的有序過程,建立起軟物質“加工-結構-性能”三者之間的相互關系,用于指導高性能化和功能化材料的加工。發展基于同步輻射散射和譜學等先進研究方法,原位跟蹤軟物質材料在加工外場下從分子到毫米多尺度結構的演化過程,構建指導加工的基礎理論模型。另一方面還不斷的尋求和高分子領域的企業進行合作,給企業提供切實可行的產品解決方案,提高企業的技術核心競爭力。
原文鏈接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acs.macromol.8b02725
李良彬教授團隊主頁:http://softmatter.ustc.edu.cn/
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