编辑推荐：本研究深化了对固体高分子表面动力学的认识，是界面科学和高分子科学一次具有重要学术意义的研究突破。同时，这也是浙江理工大学首次作为第一单位在《Nature》发文。
20世纪90年代早期，分子和聚合物玻璃形成体中的玻璃化转变温度（Tg）的受限效应和表面接近导致相应的材料有很大的偏差，这推动了广泛的研究。研究表明，许多玻璃的表面不是玻璃状的，而是一个高度流动的液体层，厚度通常为10 nm左右。随着科技不断发展，许多新兴材料，例如用于手机显示屏和OLED电视屏幕的超稳定玻璃，其特性归功于玻璃成型液体表面增强的流动性梯度。这种表面流动性的增强，能够形成超稳定的玻璃，且表面迁移率的增强，重塑了人们对玻璃成型行为以及如何将它们塑造成先进材料的理解。在聚合物玻璃中，由于存在第二个长度尺度-聚合物链的大小-以及界面迁移率梯度的长度尺度，这些界面改性从而变得复杂。基于此，浙江理工大学以第一通讯单位，左彪教授以第一通讯作者，联合普林斯顿大学和南佛罗里达大学研究者提出了模拟、理论和时间分辨表面纳米蠕变实验，以揭示玻璃状聚合物表面的这种双尺度性质，即使在由短的亚缠结链组成的聚合物中，也会导致瞬态橡胶状、缠结状表面行为的出现。相关论文以题为“Mobility gradients yield rubbery surfaces on top of polymer glasses”于8月19日发表在Nature。https://www.nature.com/articles/s41586-021-03733-7
具体来说，为了探索聚合物链在表面运动的性质，作者在聚合物表面放置了一个不混溶的液滴，界面润湿导致纳米级表面蠕变。在这个几何结构中，作用于三相线微观区域的法向界面力将聚合物表面向上拉，在液滴周围形成一个明确的润湿脊，其高度d由垂直力和材料柔量D的平衡贡献决定；因此，d随液滴放置时间t的变化反映了聚合物的表面蠕变，从而揭示了聚合物的表面力学。由表面应力引起的应力σ小于聚苯乙烯的屈服应力，表明线性粘弹性响应。
本文发现这种效应来自分段动力学和链构象统计中的叠加梯度。这种橡胶行为的寿命将随着材料冷却而延长，这将在限制对摩擦学、粘附和聚合物玻璃表面愈合等应用至关重要的表面松弛方面具有广泛的意义。表面层在时间-温度叠加 (TTS) 中遭受普遍破坏，这是聚合物物理学和流变学的基本原则。这一发现可能需要重新评估预测具有高界面面积的聚合物玻璃的长期特性的策略。同时，预计这种界面瞬态弹性体效应和TTS击穿应该通常发生在从纳米复合材料到薄膜的大分子系统中，其中界面决定了材料特性。
总之，长链和短链聚合物都可以在聚合物玻璃表面扩散，但它们的扩散受到梯度更深处较慢松弛材料的连通性的限制，即使在亚缠结系统中也会产生瞬态橡胶状表面行为。因此，这种缓慢的、短暂的、橡胶状的表面链动力学新模式的出现，正是因为表面链段动力学相对于本体是加速的。（文：Doublenine）
