最新刊期
2025年第38卷第2期
流变学专辑
- 摘要：高分子纳米复合材料(PNCs)以其优异的机械性能和多功能性等特点，在众多领域展现出巨大的应用潜力和发展前景。但是，由于对PNCs受限动力学和流变学缺乏充分理解，PNCs同时也存在性能调控难度大和加工制备技术不成熟等不足。本文旨在总结近年来PNCs在受限动力学与流变学方面的最新研究进展，从多尺度分子动力学与流变学、多尺度粒子动力学与流变学两方面阐述PNCs中受限动力学与线性流变学的关系，探讨其研究方法、理论基础以及未来发展方向。关键词：高分子纳米复合材料;纳米粒子;受限动力学;流变学347|514|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：准确掌握纳米尺度下聚合物的力学性能，对于其在纳米器件中作为功能材料或在微纳加工中作为结构模板等应用至关重要。研究发现，纳米限域作用下的聚合物力学性能相较于本体材料存在显著差异。传统测试仪器无法适用于纳米级聚合物材料，因此全面掌握纳米限域下的复杂黏弹性力学及其作用机理存在不小的挑战。近年来，我们通过搭建一套压力和温度可控的基于气压作用和高速摄影的力学测试系统，实现了对自支撑高分子纳米薄膜力学性能的直接观测。运用此系统，我们对100 nm以下厚度的橡胶弹性体和热塑性薄膜在受限于空气或聚合物界面时的力学性能(包括弹性、黏弹性和黏塑性等)进行了较深入的研究，结果揭示了纳米限域下聚合物薄膜力学性能的一些新奇特征。本专论文章简要综述了高分子纳米限域黏弹性力学领域的研究现状和最新成果，并展望了其未来发展趋势。关键词：高分子纳米薄膜;力学性能;纳米限域;黏弹性;气压膨胀217|104|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：自21世纪初以来，由于对可穿戴设备、软体机器人和智能织物的需求不断增加，柔性电子得到了快速发展。在这种情况下，镓基液态金属(LMs)因其优异的导电性、化学稳定性和生物相容性而在柔性电子领域受到广泛青睐。然而，室温下LMs作为液体难以控制形貌和形状，限制了它的直接利用。将LMs分散到高分子基体中形成液态金属高分子复合材料(LMPCs)，则表现出独特的导热、导电、机械和制备性能。因此，这类新兴的软多功能复合材料在可穿戴设备、可拉伸电子产品、软机器人和超级电容器等现在技术中被广泛应用。为更有效地制备和发展这些独特的复合材料，有必要了解它们的流变行为。本文总结了近年来对LMPCs流变行为的研究进展，主要讨论了不同高分子基体的LMPCs的流变行为对其机械性能和导电性能的影响，并指出该领域所面临的机遇和挑战。关键词：液态金属;高分子复合材料;流变行为;机械性能;导电性能195|194|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：聚离子液是一种由离子液聚合而成的新型聚电解质，不同于传统聚电解质，它含有憎水的大尺寸氟化反离子，因而具有天然的疏水性和非水环境下反离子迁移特性。该特性使聚离子液有成为新一代非水聚电解质电流变材料的潜力，从而克服传统聚电解质电流变材料需吸附水来激活离子迁移和电流变效应而带来的漏导电流大、热不稳定和介电击穿等问题。本文系统介绍了近十年关于聚离子液的电流变效应的研究进展，包括线性聚离子液、交联聚离子液、复合聚离子液和离子共价有机框架材料的电流变效应，特别是详细介绍了聚离子液的电流变效应与结构关系，以期为未来研发高性能聚离子液电流变材料提供参考。关键词：聚离子液;电流变液;电流变效应427|566|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：机械互锁聚合物是一类由机械键构成的特殊拓扑材料，其内部丰富的分子内运动赋予材料独特的性能。流变学作为揭示聚合物结构与性能关系的研究手段，在机械互锁聚合物的研究中展现出独特的魅力。本文重点综述了利用流变学方法探究机械互锁聚合物构效关系的最新进展。首先讨论了机械互锁聚合物中机械键的微观运动，然后分析了机械键运动对材料力学行为及黏弹性的影响；最后，简要总结了机械互锁聚合物流变学研究中的挑战，并展望了其未来的发展方向。关键词：机械互锁聚合物;流变学;机械键运动;构效关系;拓扑高分子470|235|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：流变学通过表征宏观黏弹性对外界应力或应变的响应而成为研究高分子动力学的有力工具，而近年来发展的多量子和快速场循环核磁共振技术则可以在分子层面直接揭示高分子动力学演化过程，因此流变学和核磁共振技术相结合可以在不同时空尺度上更全面地揭示材料的内在动力学特性，建立材料宏观性能和微观分子动力学之间的联系，同时为发展和完善高分子动力学理论提供强有力的技术支撑。基于此，本文主要简单介绍高分子动力学基本理论，并详细介绍了利用多量子和快速场循环核磁共振技术获取高分子多尺度动力学的基本原理及方法，并将其与宏观流变学的实验结果相关联。最后，我们还简单介绍了多量子和快速场循环核磁共振技术在超分子橡胶，凝胶，纳米复合材料等多个复杂体系中的应用。关键词：多量子核磁;快速场循环;流变;高分子动力学;超分子138|272|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：分子本构模型的构建是理解微结构动力学和宏观流变行为关系的重要途径。从非平衡态统计物理的角度出发，流变学本构模型的研究已经取得显著的进展。计算的分子结构包括但不限于线型链、星型链、H型链、绒球链、梳型链、瓶刷链、树型链、随机支化链等。本文综述的高分子流变本构模型，虽然由于历史原因，模型之间的命名并不相关，但其解决的问题是一脉相承，由简入繁的。我们将从Onsager变分原理的角度开始，介绍每个线性黏弹性模型针对的问题和假设，使得模型发展的路径呈现得更加清晰。线性黏弹性模型的成功，使我们能够深刻地认识结构性能之间的关系，为非线性黏弹性模型的构建打下坚实的基础。通过结合线性黏弹性谱和非线性松弛机理，构建的非线性模型能够在实验中的振荡剪切、启动剪切/拉伸、阶跃剪切等流变测试模式下得到很好的验证。同时也由于分子间动态相互作用和非线性耦合的复杂性等问题，对于链吸附、动态反应、滑环滑动等结构的动态性，模型的构建目前仍然存在很大的挑战。关键词：支化高分子;链段动力学;本构方程;黏弹性;非线性284|528|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：缔合高分子(associative polymers, APs)因其独特的动力学行为，在自修复、形状记忆、流变改性等多个生产生活领域中得到广泛应用。由于缔合相互作用的存在，高分子链运动与缔合反应发生耦合，这不仅赋予缔合高分子丰富的应用前景，也增加了其材料加工过程的复杂性。发展缔合高分子流变理论对于从分子层面理解其粘弹性质至关重要，不仅能够为其加工及应用条件提供指导，同时也有助于发掘缔合高分子的潜在应用，进一步拓展其应用领域。本文总结并分析了近年来国内外关于缔合高分子流变学理论的主要研究进展，重点介绍了从最基本的Rouse模型出发，基于平均场假设将缔合相互作用视为表观摩擦力的sticky Rouse模型(SRM)。结合分子模拟及相关的实验结果，验证了SRM的平均场假设的适用范围及局限性，并基于现有研究成果对缔合高分子体系流变理论的未来发展方向进行了展望。关键词：缔合高分子;sticky Rouse模型;分子模拟;线性粘弹性230|106|0更新时间：2025-01-23
专论
- 摘要：自兼具热固性和热塑性优点的类玻璃高分子材料的概念提出以来，类玻璃高分子材料展现出了广阔的发展前景，相关研究受到学术界的广泛关注。类玻璃高分子的使用性能、再加工能力和自修复等特性都与其流变性质密切相关。本文综述了类玻璃高分子材料流变学的研究现状与进展，旨在总结分析类玻璃高分子材料流变学研究的主要方法以及探讨影响类玻璃高分子流变学性质的主要因素，讨论流变学研究促进其在高性能涂料等领域应用的作用，提出当前类玻璃高分子材料流变学研究中面临的亟待解决的关键问题，为后续研究提供思路及建议。关键词：类玻璃高分子;流变学;表征方法;影响因素258|521|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：高分子凝胶是三维高分子网络与溶剂组成的体系，具有介于固体与液体之间的独特软物质特性，在食品、日用品、生物组织工程、柔性电子皮肤等领域展现重要应用。流变学是研究物质流动与变形的一门科学，流变学表征是深入理解高分子凝胶网络结构及变形规律的重要工具，为揭示凝胶网络微观作用机制提供重要视角，为建立网络结构与流变性质的关系奠定实验基础，为设计制备新型多功能凝胶材料提供理论支撑。本文首先综述了高分子凝胶网络结构的流变学研究方法，随后系统阐述了近年来高强韧高分子凝胶网络的设计原则和流变特性，最后对流变联用技术在解析高分子凝胶网络结构的前景进行展望。关键词：高分子凝胶;网络结构;流变行为464|195|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：高分子体系具有典型的多尺度特征，当其处于受限态时，高分子的微观动力学、黏弹性、流动性都会偏离本体行为，进而对纳微尺度的成型加工及其使用性能带来显著性影响。本文从高分子单链受限过孔开始，到本体受限流动，对比了不同维度下链运动行为的差异，重点探讨了尺寸效应、表界面相互作用、链受限效应、缠结度等因素对流动过程的影响，及其适用的表征方法和理论。在高分子熔体降温至玻璃态的过程中，受限界面上的残余应力与降温速率、界面曲率高度相关。位于自由界面上的玻璃态受限高分子表现出远高于本体的运动性，而接近吸附界面的高分子受束缚作用运动受阻，多种因素的竞争导致玻璃态受限高分子微观动力学分布的多样性。本文围绕这些核心要素对高分子动力学和流变学行为的影响做了简要综述，旨在深入理解高分子在受限条件下的流动到玻璃化过程的特点，进而为当前微器件、微芯片等领域中涉及的高分子加工成型与使用性能的构效关系提供更全面的视角和更深入的认识。关键词：受限效应;高分子多尺度动力学;玻璃化转变;流变学470|511|0更新时间：2025-01-23
- 摘要：水凝胶作为一类含有大量水的三维网络聚合物，具有与生物软组织类似的结构特征，在医学、工程等领域具有广泛应用。近年来，通过引入离子键、氢键等物理缔合作用，研究者们成功制备了多种具有优异力学性能的水凝胶，其宏观性能与物理键及其缔合体的松弛关系密切相关；力学测试与流变学相结合已成为研究其增韧机制及结构-性能关系的有效手段。本文以物理键动态特征及其对水凝胶力学、黏弹行为的影响为纽带，梳理该领域的研究进展。首先，介绍了几种理想高分子网络中物理键的松弛行为，讨论了Sticky-reptation模型在描述含物理缔合作用水凝胶黏弹行为中的应用；其次，探讨了物理键如何影响高强韧水凝胶的宏观性能，并运用物理网络模型建立微观结构与宏观性能之间的联系；此外，进一步讨论了物理键之外的其他因素对水凝胶的动态力学及黏弹行为的影响，以及通过物理键调控水凝胶宏观性能的途径；最后，对水凝胶领域发展所面临的挑战与机遇进行了展望。关键词：水凝胶;物理键;力学性能;增韧机制;黏弹行为279|255|0更新时间：2025-01-23
综述
- 摘要：环烯烃聚合物(COP)与环烯烃共聚物(COC)分别由降冰片烯衍生物通过烯烃开环易位聚合再氢化、降冰片烯衍生物与乙烯单体加成共聚反应两种方式制备而得。由于其优异的性能，COP和COC已经成为全球医疗包装和光学产品消费领域的重要材料。通过比较它们的流变特性对温度的依赖性，发现COP的熔体黏度高于COC。Arrhenius方程式的分析结果显示光学级COP样品F52R的流动活化能明显高于其他样品。利用温度-时间重叠原理建构各样品的主曲线，成功得到各自的缠结模量GNo，并结合热机械分析仪(TMA)结果进一步决定缠结分子量(Me)。COC的Me可达16~18 kDa，约为COP结果的3~4倍。该研究结果不仅为材料加工参数的选择提供了依据，也能加深读者对COP与COC本征特性差异的理解。关键词：环烯烃聚合物;环烯烃共聚物;流变性能;流动活化能;缠结分子量440|448|0更新时间：2025-01-23
研究论文
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