聚合物的案例
共軛聚合物的多級組裝促發(fā)大面積加工聚合物單分子層晶體管
薄膜吸收光譜、AFM高度以及掠入射X射線散射證明了聚合物單分子層的厚度，且表明單分子層的形成具有寬的加工窗口。更為重要的是，該聚合物單分子層的形成與基底的性質(zhì)關(guān)系較小，在具有不同接觸角的基底均可以沉積得到聚合物單分子層網(wǎng)絡(luò)。寬的加工窗口和弱的基底相關(guān)性非常有利于加工大面積和高均勻性的聚合物薄膜。
圖2 共軛聚合物聚集行為的調(diào)控與大面積加工聚合物單分子層：a，共軛聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)；b，混合溶劑調(diào)控下的聚合物溶液的吸收光譜；c，可晶圓級加工聚合物薄膜的提拉裝置；d，混合溶劑與提拉速度調(diào)控的聚合物薄膜形貌；e，不同提拉速度下聚合物薄膜的吸收光譜； f，不同提拉速度下聚合物薄膜的吸光度與厚度；g，4英寸晶圓級的聚合物單分子層薄膜。
圖3 薄膜晶體管器件：a，4英寸晶圓級薄膜晶體管實(shí)物圖與器件結(jié)構(gòu)示意圖；b，晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線；c，晶體管輸出特性曲線；d，晶體管開關(guān)穩(wěn)定性測試；e，晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線；f，單分子層與多分子層的電子遷移率比較；g，n型聚合物單分子層晶體管性能比較。
研究人員利用該聚合物組裝策略，在4英寸晶圓上加工了聚合物單分子層網(wǎng)絡(luò)，形貌、高度與器件性能均表現(xiàn)出了很好的均勻性（圖3）。基于聚合物單分子薄膜的場效應(yīng)晶體管在空氣下表現(xiàn)出穩(wěn)定的電子傳輸性能，在持續(xù)開關(guān)1500 s后仍保持基本不變。相比于傳統(tǒng)的旋涂薄膜（18 nm），聚合物單分子層（4 nm）保持了相似的電子傳輸性能，最高電子遷移率可達(dá)1.88 cm?2V?1s?1，是目前報(bào)道中聚合物單分子層最高的電子遷移率。隨后，他們結(jié)合了多種實(shí)驗(yàn)手段觀測到了聚合物在稀溶液中的組裝結(jié)構(gòu)，為一維蠕蟲狀結(jié)構(gòu)。隨著濃度的提高，聚合物的組裝體逐漸生長為網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。
展開 塑膠材料篇：聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，對聚合物性能的影響
取向態(tài)結(jié)構(gòu)（在外力作用下，卷曲的大分子鍵沿外力方向平行排列而形成定向結(jié)構(gòu)，各向異性）
晶態(tài)高分子聚合物規(guī)則排列區(qū)域稱為晶區(qū)，無序排列區(qū)域稱為非晶區(qū)，晶區(qū)所占的百分比稱為結(jié)晶度。通常聚合物不會完全結(jié)晶，一般把結(jié)晶度在80%以上的聚合物稱為結(jié)晶性聚合物，即結(jié)晶聚合物或半結(jié)晶聚合物，（實(shí)際上有些聚合物結(jié)晶度沒有這么高也成為結(jié)晶聚合物）。反之為非結(jié)晶聚合物，非結(jié)晶聚合物又稱無定形聚合物， 分子形狀、分子相互排列為無序狀態(tài)的高分子，結(jié)晶聚合物有明顯的熔點(diǎn)，非結(jié)晶聚合物沒有明顯的熔點(diǎn)。
三、聚合物的結(jié)晶原理
聚合物的結(jié)晶包括兩個基本步驟，即晶核的形成和晶粒的生長。這就像排隊(duì)一樣，首先確定好排頭（晶核），然后其它人以排頭為基準(zhǔn)而形成一列（晶粒）。只有形成晶核，才可以有晶粒的生長；但有了晶核，晶粒也不一定生長，因而晶核是晶體形成的充要條件。
四、影響聚合物結(jié)晶的因素
1、內(nèi)因
1）高分子鏈的對稱性
：對稱性好，容易結(jié)晶。（不要求高度對稱）
比如：PTFE和PE對稱性好，容易結(jié)晶，其中PE最高結(jié)晶度高達(dá)95%，當(dāng)PE氯化后，破壞對稱性，結(jié)晶能力大大降低。高壓制備的支化聚乙烯結(jié)晶能力小于低壓制備的線型聚乙烯。
2）高分子鏈的規(guī)整性：一般考慮含有不對稱中心的高分子或者具有順反異夠的高分子，規(guī)整性好，容易結(jié)晶。（不是全部鏈節(jié)都規(guī)整，允許部分不規(guī)整（支鏈、交鏈、構(gòu)型不規(guī)整），不能太多，規(guī)整占優(yōu)勢。）
比如：PS、PMMA和PVA等無規(guī)聚合物，為非結(jié)晶聚合物。
聚丙烯PP，分為三種類型，等規(guī)、間規(guī)和無規(guī)PP，其中等規(guī)度影響了PP的結(jié)晶能力，等規(guī)PP結(jié)晶度高，而無規(guī)PP則是非結(jié)晶聚合物，呈無色透明狀。一般聚α-烯烴需要考慮等規(guī)度。
展開 高分子“變形金剛”——拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可變的聚合物重新定義刺激響應(yīng)型聚合物的未來
通過精細(xì)的設(shè)計(jì)，這類聚合物可以響應(yīng)很多種外界信號諸如酸堿度，溫度，光，力，氧化還原試劑，電磁場等。近年來，高分子科學(xué)家對這類聚合物材料進(jìn)行了廣泛深入的研究并證明了其在生命科學(xué)，納米科學(xué)，材料科學(xué)，環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
傳統(tǒng)的刺激響應(yīng)型高分子在外界刺激的作用下往往只會發(fā)生一些非常基礎(chǔ)的的改變，比如聚合物鏈構(gòu)象，聚合物之間相互作用，或者聚合物與溶劑之間的相互作用（即溶解性）等。然而上述這些簡單的結(jié)構(gòu)變化在很多情況下無法引起聚合物材料發(fā)生顯著的性質(zhì)改變，因此可能無法滿足很多實(shí)際應(yīng)用中的要求。為了進(jìn)一步讓刺激響應(yīng)型聚合物變得更加“聰明”，一批高分子化學(xué)家近幾年另辟蹊徑，開始嘗試研發(fā)一類新型的刺激響應(yīng)型高分子，賦予它們在環(huán)境刺激下改變自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（Architecture）的能力。眾所周知，聚合物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含線性，超支化，梳型，星型，環(huán)形等等。這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為高分子的一個基礎(chǔ)卻重要的特征，無論對高分子的本體性質(zhì)（例如熱性質(zhì)）還是溶液性能（例如自組裝，粘度等）都有著非常重要的影響。因此，當(dāng)大分子能夠像“變形金剛”一樣去改變自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，它們的性質(zhì)也會隨之發(fā)生顯著性的改變。
為了促進(jìn)高分子學(xué)界對“拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可變高分子”（Architecture-Transformable Polymers）這類新型刺激響應(yīng)型聚合物的思考，美國佛羅里達(dá)大學(xué)的Sumerlin教授團(tuán)隊(duì)近期通過綜述的形式首次詳細(xì)地總結(jié)了該新興方向的研究進(jìn)展。首先，他們根據(jù)合成方法學(xué)，系統(tǒng)地歸納了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可變高分子的兩大分支：可逆共價(jià)鍵化學(xué)以及超分子化學(xué)（圖一）。前者將刺激響應(yīng)型可逆共價(jià)鍵引入到高分子的支化點(diǎn)(即主鏈與支鏈的連接點(diǎn))，并通過施加響應(yīng)來打斷并重組支化點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)聚合物拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。迄今為止，一系類刺激響應(yīng)型共價(jià)鍵已經(jīng)被成功應(yīng)用于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可變高分子的合成過程中（圖二）。
展開 如何避免聚合物在加工過程中的降解？
剪切作用和熱的作用一起，對聚合物的降解起強(qiáng)烈的降解促進(jìn)作用。
微量水分是有些聚合物降解的主要因素，如PC、尼龍（PA）、ABS、聚酯等。因此加工之前的干燥是必備的工序。
二、解決措施
聚合物在加工過程中出現(xiàn)降解后，制品外觀變差，內(nèi)在質(zhì)量降低，使用壽命縮短。因此加工過程大多數(shù)情況下都應(yīng)設(shè)法盡量減少和避免聚合物降解。因此通常可采用以下措施：
嚴(yán)格控制原材料技術(shù)指標(biāo)，盡量去除聚合物中的催化劑殘留等雜質(zhì)。
使用前對聚合物進(jìn)行嚴(yán)格干燥，特別是聚酯、聚醚、聚酰胺等聚合物存放過程容易從空氣中吸附水分，用前通常應(yīng)使水分含量降低到0.01-0.05%以下。
確定合理的加工工藝和加工條件，使聚合物能在不易產(chǎn)生降解的條件下加工成型。
加工設(shè)備和模具應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)。主要應(yīng)消除設(shè)備中與聚合物接觸的部分可能存在的死角或縫隙，減少過長的流道、改善加熱裝置、提高溫度顯示裝置的靈敏度和冷卻系統(tǒng)的冷卻效率。
在配方中考慮使用抗氧劑、穩(wěn)定劑等以加強(qiáng)聚合物對降解的抵抗能力。
有些情況下，可以利用聚合物在加工過程中的降解效應(yīng)，如橡膠的開煉（塑煉），降低分子量，提高加工性；聚合物共混物，利用剪切效應(yīng)產(chǎn)生的自由基，可是兩種或多種聚合物產(chǎn)生接枝、共聚等反應(yīng)，從而提高共混物的性能。
展開 
華南理工大學(xué)何明輝課題組CM：可自修復(fù)的透明硬質(zhì)聚合物
硬質(zhì)透明聚合物的自修復(fù)性能，（a）修復(fù)后聚合物的拉伸照片，（b）80℃下修復(fù)24小時的聚合物樣品的應(yīng)變-應(yīng)力曲線，（c）80°C下聚合物的自修復(fù)效率，（d）兩個硬質(zhì)的聚合物切成兩半，修復(fù)24小時后可以重新連接成一個新的整體（i）修復(fù)后的聚合物可以承受（ii）或舉起（iii）500g的重量而沒有任何斷裂，（e）硬質(zhì)聚合物在80°C下修復(fù)不同時間的光學(xué)顯微鏡圖像，（f）本文工作與最近報(bào)道的具有高機(jī)械強(qiáng)度和自修復(fù)能力的聚合物在透光率、模量和制備時間方面的比較。
圖4（a）展示了修復(fù)后聚合物的拉伸光學(xué)照片，從聚合物斷裂面可以看出修復(fù)界面間強(qiáng)的結(jié)合力。通過將斷裂后的聚合物放置在80oC下修復(fù)一段時間，可以發(fā)現(xiàn)聚合物獲得了優(yōu)異的修復(fù)效果（圖4（b-c））。且修復(fù)后的聚合物可以完全連接在一起，可以承重和提起500g的砝碼（圖4（d））。從不同修復(fù)時間的光學(xué)顯微鏡照片可以發(fā)現(xiàn)斷裂處的痕跡在逐漸消失（圖4（e））。對比目前制備的高機(jī)械強(qiáng)度自修復(fù)聚合物，可以發(fā)現(xiàn)該研究制備的聚合物在制備時間、彈性模量和光學(xué)透過率方面具有明顯優(yōu)勢（圖4（f））。
華南理工大學(xué)的何明輝副研究員設(shè)計(jì)了具有不同軟硬聚合形態(tài)的丙烯酸/氯化膽堿和丙烯酰胺/氯化膽堿（MA/ChCl-AAm/ChCl）可聚合低共熔溶劑（PDES）單體，經(jīng)原位光聚合后制備了具有可自修復(fù)的透明硬質(zhì)聚合物，其光學(xué)透光率>94%，拉伸強(qiáng)度高達(dá)65.74～108.13MPa，楊氏模量于9.58～14.16GPa之間，斷裂應(yīng)變僅為2.03%～9.06%。利用設(shè)計(jì)的PDES單體制造具有高機(jī)械強(qiáng)度的硬質(zhì)透明聚合物具有過程簡單、快速（幾分鐘內(nèi)）和綠色（不含有機(jī)溶劑）的特性。
展開 ：聚合物用于鋰硫電池
值得提及的是，聚合物因其鏈結(jié)構(gòu)易設(shè)計(jì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)、微觀/聚集態(tài)結(jié)構(gòu)可調(diào)控、物理/化學(xué)功能可調(diào)制、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，有望協(xié)同解決LSBs面臨的上述問題。同時，有機(jī)聚合物質(zhì)量輕，資源豐富，且成膜/可加工性強(qiáng)，將有利于開發(fā)低成本、高能量的儲能器件。近年來，科學(xué)家們已將有機(jī)聚合物應(yīng)用于LSBs的電極、電解質(zhì)、隔膜或粘結(jié)劑中，并取得了系列重要的研究進(jìn)展。
中南民族大學(xué)楊應(yīng)奎教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合佐治亞理工學(xué)院林志群教授，應(yīng)邀在Top期刊Advanced Science（IF 16.806）上發(fā)表了題為“Polymers in Lithium–Sulfur Batteries”的論文，系統(tǒng)總結(jié)了聚合物用于鋰硫電池的最新進(jìn)展。
本文系統(tǒng)綜述了LSBs的工作原理和挑戰(zhàn)，從正極、粘結(jié)劑、界面相、隔膜和電解質(zhì)等方面全面概述了聚合物在LSBs中應(yīng)用的最新進(jìn)展（圖1）。首先從分子工程的角度重點(diǎn)討論了基于聚合物的硫正極包括電活性含硫聚合物和聚合物硫載體。聚合物不僅可以作為硫載體，還可以直接作為活性正極材料。通過適當(dāng)?shù)暮铣煞椒ê头肿庸こ滩呗裕哂胸S富官能團(tuán)和可控拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的含硫聚合物正極有望同時實(shí)現(xiàn)高硫含量和強(qiáng)多硫化鋰捕獲能力。與基于普通物理吸附的非極性碳載體相比，聚合物富含極性官能團(tuán)，表現(xiàn)出豐富的化學(xué)結(jié)合位點(diǎn)和更強(qiáng)的多硫化鋰親和性。聚合物的柔性骨架可以有效地緩沖充放電過程中硫正極的體積變化。用作硫載體的導(dǎo)電聚合物可以進(jìn)一步提高電子電導(dǎo)率。與無機(jī)/硫復(fù)合材料的熔融浸漬合成相比，含硫聚合物的合成通常在更溫和的條件下進(jìn)行，從而能夠?qū)崿F(xiàn)硫的均勻分布。此外，由于優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、成膜能力和可加工性，聚合物在粘結(jié)劑、隔膜和電解質(zhì)中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
展開 《Materials Horizons》報(bào)道可回收再聚合的 “硫醇-X”光聚合物
從彈性體到纖維再到光聚合物，具有多種性能和應(yīng)用的熱固性聚合物材料登上材料的舞臺已經(jīng)有一個多世紀(jì)的歷史了。作為涂料、粘合劑、牙科修復(fù)材料和3D打印材料的主要成分，光聚合物網(wǎng)絡(luò)通常由可交聯(lián)的液體單體經(jīng)照射，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而獲得。這種可自由流動的液體單體有利于樹脂的儲存、加工和應(yīng)用，同時所得的聚合物網(wǎng)絡(luò)也具有較高的耐溶劑性和耐熱性，且光反應(yīng)時間較短，可在數(shù)秒之內(nèi)完成單體的交聯(lián)。
在光聚合過程中，通常需要多官能度的單體來快速固化，形成交聯(lián)密度高、力學(xué)性能好的材料。然而，高度交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)阻礙了光聚合物的再次加工和重塑。因此，光聚合物通常不能被回收，只能作為廢物丟棄。
已有報(bào)道證實(shí)，向聚合物網(wǎng)絡(luò)中引入動態(tài)共價(jià)鍵，可以實(shí)現(xiàn)聚合物網(wǎng)絡(luò)的降解與重塑。而目前，在光聚合物領(lǐng)域，基于動態(tài)連接的可循環(huán)聚合物卻很少被報(bào)道。
近期，美國科羅拉多大學(xué)化學(xué)與生物工程系的Christopher N. Bowman教授課題組，向讀者們展示了一類含有硫酯鍵的快速光致聚合交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。基于硫酯的酯交換反應(yīng)，聚合物可以完全降解為可溶性低聚物。與原始材料相比，再經(jīng)循環(huán)加工形成的聚合物網(wǎng)絡(luò)，其材料性能并無明顯變化。
研究者利用四硫醇（PETMP）和二烯（TEDAE）單體之間的硫醇-烯烴光聚合反應(yīng)制備了原始聚合物。再加入過量的PETMP和三乙胺（TEA）后，硫醇-硫酯交換反應(yīng)迅速發(fā)生，在3小時內(nèi)得到溶于丙酮的無色非粘性低聚物溶液。濃縮該溶液并向其中加入化學(xué)計(jì)量（硫醇：烯，1：1）的TEDAE，再通過硫醇-烯烴的光聚合反應(yīng)形成交聯(lián)聚合物。反復(fù)三次再加工過程中，低聚物或聚合物的性質(zhì)均沒有明顯變化。例如，原始和再生聚合物的儲能模量均為6MPa且玻璃化轉(zhuǎn)變溫度僅有2℃之差。
展開 導(dǎo)熱聚合物材料的發(fā)展趨勢：關(guān)鍵因素、進(jìn)展與展望
目前，TIMs主要是聚合物基復(fù)合材料，制備簡單，價(jià)格低廉。為了最大限度地減少導(dǎo)熱顆粒對聚合物性能的影響，可以使用預(yù)先構(gòu)建的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)來制備先進(jìn)的聚合物基TIMs，以確保有利的顆粒分布并在聚合物基質(zhì)中形成相互連接的網(wǎng)絡(luò)。TIMs的電氣絕緣性、機(jī)械強(qiáng)度、長期穩(wěn)定性和阻燃性也是其實(shí)際應(yīng)用需要考慮的因素。聚合物復(fù)合材料具有柔韌性好、密度低、絕緣性好、成本低、耐腐蝕、易加工等優(yōu)點(diǎn)，作為熱管理材料廣泛應(yīng)用于各種場合。然而，聚合物基體由于其固有的無定形排列的分子鏈，在一定程度上限制了其在熱管理中的應(yīng)用。對于大多數(shù)聚合物來說，聲子熱傳導(dǎo)是主要的熱傳導(dǎo)途徑。由于聚合物中大分子鏈的無定形結(jié)構(gòu)和振動會引起大量的聲子散射，絕大多數(shù)整齊聚合物是隔熱體或相對較差的熱導(dǎo)體(值為0.1-0.5 W/mK)。目前，提高其導(dǎo)熱性能的策略有兩種:（1）通過設(shè)計(jì)和改變分子和鏈鏈的結(jié)構(gòu)來改善聚合物鏈的取向和結(jié)晶度;（2）與導(dǎo)熱填料復(fù)合。策略1和策略2分別稱為固有導(dǎo)熱聚合物和填充導(dǎo)熱聚合物。策略1相對復(fù)雜且耗時，而策略2被認(rèn)為是一種更高效、更方便的方法。
導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料具有加工方便、成本低、易于產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，在能源、電子封裝、電氣設(shè)備、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，對熱傳導(dǎo)的基本認(rèn)識和熱傳導(dǎo)的宏觀/微觀調(diào)控策略的發(fā)展仍然相對欠。界面熱阻是熱流通過兩相接觸界面時產(chǎn)生的附加熱流阻力，它在復(fù)合材料的整體傳熱能力中起主導(dǎo)作用。界面熱阻的研究主要基于連續(xù)介質(zhì)理論和原子理論。
展開 溫敏聚集誘導(dǎo)發(fā)光聚合物本體材料
來源：高分子科學(xué)溫敏熒光聚合物是指熒光強(qiáng)度或波長隨溫度變化而發(fā)生顯著變化的新型功能聚合物材料，可廣泛應(yīng)用于智能器件、記憶材料等領(lǐng)域。已報(bào)道的溫敏熒光聚合物主要集中于水溶性聚合物，如聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)，利用PNIPAM水溶液的溫度響應(yīng)實(shí)現(xiàn)聚合物材料熒光的溫敏特性。然而，聚合物材料大多以固體形態(tài)使用，開發(fā)新型溫敏熒光聚合物本體材料具有重要意義。
基于以上背景，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院梁國棟教授課題組將結(jié)晶-熔融相轉(zhuǎn)變引入溫敏熒光聚合物本體材料的設(shè)計(jì)之中。通過聚合物的結(jié)晶-熔融轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)聚合物本體的溫敏特性，采用后修飾的方法在聚合物鏈中引入聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)生色團(tuán)，合成了聚集誘導(dǎo)發(fā)光基團(tuán)修飾的結(jié)晶性聚酯材料PCB-TPE，對PCB-TPE的熒光-溫度響應(yīng)行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
PCB-TPE在良溶劑(THF)中熒光很弱，但在劣溶劑(水)中發(fā)射藍(lán)色熒光，表現(xiàn)為典型的AIE特性。
圖1. PCB-TPE在不同THF/H2O溶劑比例下的(a)熒光譜圖和(b)熒光強(qiáng)度值隨水含量的變化關(guān)系圖
該聚合物在溫度為-10~60 °C的區(qū)間內(nèi)具有肉眼可見的熒光強(qiáng)度變化。升溫過程中(圖2)，熒光強(qiáng)度隨溫度的升高而下降，-10 °C下熒光強(qiáng)度為60 °C下的35倍。在低溫下，聚合物結(jié)晶，AIE生色團(tuán)的分子內(nèi)運(yùn)動受到限制，熒光強(qiáng)度高；溫度升高后，聚合物晶體熔融，分子鏈運(yùn)動能力增強(qiáng)、自由體積增加，AIE生色團(tuán)的分子內(nèi)運(yùn)動逐步“解凍”，消耗了激發(fā)態(tài)能量，導(dǎo)致聚合物熒光強(qiáng)度顯著下降。
圖2. 升溫過程中(a)熒光光譜和(b)DSC曲線及470 nm處熒光強(qiáng)度隨溫度變化關(guān)系圖
降溫過程中材料的熒光變化趨勢正好與升溫過程相反(圖3)。
展開 COMSOL電場力誘導(dǎo)聚合物成型 ￥500
2013-田洪淼-Numerical Characterization of Electrohyd.pdf
聚合物微納米結(jié)構(gòu)由于獨(dú)特的物理和化學(xué)功能而受到越來越多的關(guān)注，可以廣泛應(yīng)用于微流控、有機(jī)光電子、生物檢測等方面。在聚合物微納米結(jié)構(gòu)制造方法中，空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形技術(shù)由于在材料普適性、結(jié)構(gòu)均勻性等方面的獨(dú)特優(yōu)勢，獲得了學(xué)術(shù)界的關(guān)注。“空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形”工藝采用結(jié)構(gòu)化導(dǎo)電模板與涂覆有聚合物薄膜的導(dǎo)電襯底作為對電極，形成誘導(dǎo)模板/空氣/聚合物/導(dǎo)電襯底的多層結(jié)構(gòu)。電極對之間施加電壓后，因模板結(jié)構(gòu)的調(diào)制，在空氣-聚合物界面處形成隨空間位置變化的電場。這種“空間調(diào)制電場”產(chǎn)生的 Maxwell 應(yīng)力張量驅(qū)動聚合物朝向誘導(dǎo)模板運(yùn)動，形成具有一定形貌或尺寸的聚合物微納米結(jié)構(gòu)。
數(shù)值模擬：針對目前線性穩(wěn)定分析方法在空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形方面的不適用性，本章兼顧微納米尺度效應(yīng)，建立了基于電流體動力學(xué)的兩相流動力學(xué)模型，并從力學(xué)分析角度出發(fā)研究了聚合物在空間調(diào)制電場作用下的流動成形機(jī)理，探討了成形過程中電場與聚合物流場間的耦合關(guān)系，深入理解空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形的本質(zhì)原因。
兩相流動力學(xué)模型 ：由于聚合物復(fù)形過程中誘導(dǎo)模板與導(dǎo)電襯底的固定性，聚合物誘導(dǎo)流變過程的動態(tài)演變可歸結(jié)于外加電場作用下聚合物氣液界面的動態(tài)追蹤，在此，采用兩相流模型描述氣液界面形貌的演變狀態(tài)。在描述空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變行為中，需要解決的關(guān)鍵問題為：（1）電場與流場的耦合，即電場如何對流場產(chǎn)生作用力，流場如何影響電場分布；（2）準(zhǔn)確的追蹤氣液界面，即如何展現(xiàn)電場誘導(dǎo)聚合物流變成形的動態(tài)過程。
展開 《Science》子刊：超分子聚合物也可以像蛋白質(zhì)一樣自折疊
圖4 超聲法機(jī)械碎裂的超分子聚合物
（A）超聲處理不同時間后溶液中完全折疊的超分子聚合物的DLS尺寸分布的變化；（B）在293K下對完全折疊的超分子聚合物溶液超聲處理不同時間的升溫曲線；（C-G）通過超聲處理完全折疊的超分子聚合物30秒獲得的孿生螺旋超分子聚合物的AFM圖像；（H-N）通過超聲處理完全折疊的超分子聚合物180秒獲得的單一螺旋超分子聚合物的AFM圖像；（O）使用快速或慢速冷卻和機(jī)械破碎的超分子聚合物的能量示意圖。
圖5 超分子聚合物自折疊機(jī)理
（A）以螺旋結(jié)構(gòu)域?yàn)槟０澹{(diào)整“錯誤折疊”結(jié)構(gòu)域以產(chǎn)生二級結(jié)構(gòu)的示意圖；（B）以“錯誤折疊”結(jié)構(gòu)域作為“鉸鏈”折疊螺旋域形成三級結(jié)構(gòu)的示意圖。
原文鏈接：
http://advances.sciencemag.org/content/4/9/eaat8466
來源：高分子科學(xué)前沿
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本征導(dǎo)熱聚合物研究：機(jī)理、結(jié)構(gòu)與性能及應(yīng)用
同一聚合物因相態(tài)結(jié)構(gòu)不同也表現(xiàn)不同的導(dǎo)熱溫度依賴行為，結(jié)晶聚合物的導(dǎo)熱行為常類似無機(jī)非晶材料如石英、硅等，由于非諧性聲子散射增強(qiáng)，導(dǎo)熱隨溫度增加而減少，服從 k∝T-1 關(guān)系；而對非晶聚合物，歸因于 Tg 以上熱膨脹引起的聚合物的密度降低，微布朗運(yùn)動活躍，分子運(yùn)動能力增強(qiáng)，引起構(gòu)象變化如鏈段旋轉(zhuǎn)和扭結(jié)等模式運(yùn)動，故聚合物的導(dǎo)熱 k 降低。
導(dǎo)熱隨溫度的變化趨勢因非晶與結(jié)晶聚合物的結(jié)構(gòu)差異呈明顯異同。非晶導(dǎo)熱在 100 K 隨溫度升高而緩慢增大到 Tg 附近出現(xiàn)達(dá)最大值，之后隨之下降，而非晶聚合物導(dǎo)熱則與 Tg 有關(guān)：
在 Tg 附近原本凍結(jié)鏈段被解凍成為聲子散射集中點(diǎn)而降低了聲子的 ＭFP。結(jié)晶聚合物的導(dǎo)熱對結(jié)晶度變化并不敏感，不同結(jié)晶度也呈現(xiàn)出現(xiàn)截然不同的溫度依賴關(guān)系。例如，高結(jié)晶（＞70％）聚合物的導(dǎo)熱隨溫度上升到熔點(diǎn) Tm 附近達(dá)最大值，之后則隨之下降，與比熱容密切相關(guān)。低結(jié)晶度（＜40％）聚合物的導(dǎo)熱取決于非晶部分的導(dǎo)熱率，隨溫度升高緩慢增大到 Tg 附近出現(xiàn)最大值，之后隨之下降。
導(dǎo)熱聚合物的工程應(yīng)用受制于相變溫度如 Tg、Tm 等，如圖 3 所示，溫度對鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及導(dǎo)熱的影響最大。低于Tg 時鏈段運(yùn)動被限制，而在高于 Tg進(jìn)入橡膠態(tài)，鏈段發(fā)生運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)無序性增大，沿主鏈方向的聲子散射加劇，聲子的 ＭFP 明顯減小，顯著降低聚合物的導(dǎo)熱。
4.5 壓力
壓力通過改變密度而對聚合物的導(dǎo)熱產(chǎn)生影響，壓力的影響主要體現(xiàn)在降低了聚合物內(nèi)部的自由體積，使得分子鏈堆積更緊密，減少了內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷和熱阻，加快了沿分子鏈方向聲子輸運(yùn)，故聚合物導(dǎo)熱增加。熱塑性聚合物的導(dǎo)熱對壓力比較敏感，持續(xù)增大壓力至界點(diǎn)后，自由體積達(dá)最低值后則壓力對不同聚合物的導(dǎo)熱影響趨于相同。
展開 基于COMSOL的空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物微納米結(jié)構(gòu)成型
聚合物微納米結(jié)構(gòu)由于獨(dú)特的物理和化學(xué)功能而受到越來越多的關(guān)注，可以廣泛應(yīng)用于微流控、有機(jī)光電子、生物檢測等方面。在聚合物微納米結(jié)構(gòu)制造方法中，空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形技術(shù)由于在材料普適性、結(jié)構(gòu)均勻性等方面的獨(dú)特優(yōu)勢，獲得了學(xué)術(shù)界的關(guān)注。“空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形”工藝采用結(jié)構(gòu)化導(dǎo)電模板與涂覆有聚合物薄膜的導(dǎo)電襯底作為對電極，形成誘導(dǎo)模板/空氣/聚合物/導(dǎo)電襯底的多層結(jié)構(gòu)。電極對之間施加電壓后，因模板結(jié)構(gòu)的調(diào)制，在空氣-聚合物界面處形成隨空間位置變化的電場。這種“空間調(diào)制電場”產(chǎn)生的 Maxwell 應(yīng)力張量驅(qū)動聚合物朝向誘導(dǎo)模板運(yùn)動，形成具有一定形貌或尺寸的聚合物微納米結(jié)構(gòu)。
數(shù)值模擬：針對目前線性穩(wěn)定分析方法在空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形方面的不適用性，本章兼顧微納米尺度效應(yīng)，建立了基于電流體動力學(xué)的兩相流動力學(xué)模型，并從力學(xué)分析角度出發(fā)研究了聚合物在空間調(diào)制電場作用下的流動成形機(jī)理，探討了成形過程中電場與聚合物流場間的耦合關(guān)系，深入理解空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形的本質(zhì)原因。
兩相流動力學(xué)模型 ：由于聚合物復(fù)形過程中誘導(dǎo)模板與導(dǎo)電襯底的固定性，聚合物誘導(dǎo)流變過程的動態(tài)演變可歸結(jié)于外加電場作用下聚合物氣液界面的動態(tài)追蹤，在此，采用兩相流模型描述氣液界面形貌的演變狀態(tài)。在描述空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變行為中，需要解決的關(guān)鍵問題為：（1）電場與流場的耦合，即電場如何對流場產(chǎn)生作用力，流場如何影響電場分布；（2）準(zhǔn)確的追蹤氣液界面，即如何展現(xiàn)電場誘導(dǎo)聚合物流變成形的動態(tài)過程。
展開 黃維院士團(tuán)隊(duì): 電紡共軛聚合物雜化微米纖維發(fā)光調(diào)制與導(dǎo)電性研究
基于上述背景，借鑒納米結(jié)構(gòu)材料中的能量轉(zhuǎn)移放大效應(yīng)，
南京郵電大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院黃維院士團(tuán)隊(duì)
利用超分子方法，選擇π-堆積導(dǎo)電聚合物聚(9-乙烯基咔唑) (PVK)作為基體材料，然后將發(fā)光π-共軛聚合物聚(9-羥基-9′-(4-辛氧基)苯基)芴(PPFOH)摻雜到PVK中，采用靜電紡絲技術(shù)制備了多彩發(fā)光聚合物纖維(PPFOH/PVK)，并研究了其形貌(圖1)，實(shí)現(xiàn)多彩發(fā)光復(fù)合纖維材料的高效制備(圖2)，借電紡工藝技術(shù)調(diào)控纖維內(nèi)能量轉(zhuǎn)移過程，使復(fù)合纖維的發(fā)光顏色實(shí)現(xiàn)從藍(lán)光、綠光到黃光的精準(zhǔn)調(diào)控。結(jié)合PVK基質(zhì)本征的導(dǎo)電特性，復(fù)合纖維可用于多彩有機(jī)發(fā)光二極管的高效制備，有效論證了超分子方法可實(shí)現(xiàn)對共軛聚合物發(fā)光性質(zhì)的有效調(diào)控，并從側(cè)面論證了分子鏈間的強(qiáng)聚集行為可誘導(dǎo)聚芴綠光帶的產(chǎn)生。
圖1 PPFOH/PVK聚合物纖維的低倍電鏡SEM照片，PPFOH與PVK質(zhì)量比分別為(a)0.1%，(b)0.5%，(c)1%，(d) 2%，(e)5%和(f)10%
本文首先通過調(diào)節(jié)PPFOH與PVK的混合比例來調(diào)控PPFOH鏈間能量轉(zhuǎn)移從而構(gòu)筑了多彩發(fā)光的聚合物纖維，熒光顯微鏡圖片顯示(圖2)，聚合物共混纖維的發(fā)光顏色可以從深藍(lán)(0.1%)、天藍(lán)(0.5%)、近白光(1%)調(diào)節(jié)至藍(lán)綠色(2%)、綠色(5%)和黃色(10%)。
圖2
PPFOH/PVK聚合物纖維在熒光顯微鏡下的照片。PPFOH與PVK質(zhì)量比分別為(a)0.1%，(b)0.5%，(c)1%，(d) 2%，(e)5%和(f)10%
為了系統(tǒng)研究聚合物鏈間能量轉(zhuǎn)移，他們對PPFOH/PVK聚合物纖維的熒光光譜做了表征研究。
展開 高于金屬強(qiáng)度的聚合物復(fù)合材料減輕飛機(jī)重量
Kepman為首的羅蒙諾索夫莫斯科國家大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)結(jié)構(gòu)性聚合物復(fù)合材料以用于車輛部件及航空航天工業(yè)的結(jié)構(gòu)性零件的生產(chǎn)。此類零部件對材料要求更加嚴(yán)格，需要高性能聚合物復(fù)合材料。研究人員已經(jīng)在雜志《應(yīng)用聚合物科學(xué)》上發(fā)布了他們的項(xiàng)目成果。材料結(jié)構(gòu)以聚合物為基質(zhì)，并包含一種獨(dú)立的其他加強(qiáng)材料（填料）。舉例來說，在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中（CFRP），碳纖維是作為一種加強(qiáng)材料存在的，而聚酯或環(huán)氧樹脂，雙馬來酰亞胺，聚酰亞胺等其他聚合物構(gòu)成基質(zhì)。
一架現(xiàn)代飛機(jī)，比如“夢幻飛機(jī)”波音787包含50%的聚合物復(fù)合材料。一架戰(zhàn)斗機(jī)，比如歐洲臺風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)包含70%的聚合物復(fù)合材料。開發(fā)中的耐高溫聚合物復(fù)合材料有朝一日將取代現(xiàn)有發(fā)動機(jī)里的金屬部件（如低壓噴氣式壓縮機(jī)葉片）或超音速飛行器的外殼。
化學(xué)家在以二肽腈單質(zhì)為啟始材料的聚合物材料分子設(shè)計(jì)中采用了一種新方法，他們創(chuàng)造新材料的同時也改進(jìn)了制備方式，這種方法不同于大多數(shù)現(xiàn)行的肽腈法，可被用于以注射法更經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)CFRP。此法可以最少的零部件組裝數(shù)量生產(chǎn)高強(qiáng)度復(fù)雜外形的CFRP。
鈦合金或鋁合金的單克價(jià)格遠(yuǎn)低于同樣重量的這種復(fù)合材料。不過，據(jù)研究員Boris Bulgakov介紹，生產(chǎn)和維護(hù)大型復(fù)雜外形的聚合物復(fù)合材料部件則要遠(yuǎn)遠(yuǎn)便宜于合金。這種性價(jià)比優(yōu)勢產(chǎn)生于大幅下降的組裝工序人工成本，以及碳纖維結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度水平。
Boris Bulgakov解釋說“比如，一張聚合物復(fù)合材料機(jī)翼是由10塊部件固定在一起，那么同樣的金屬機(jī)翼就需要100塊零件，這意味著金屬機(jī)翼的生產(chǎn)成本更高。而且CFRP的強(qiáng)度是鋁合金的6到8倍，而密度則比鋁合金輕1.5倍。”
聚合物復(fù)合材料正被廣泛應(yīng)用于高檔汽車、F1方程式賽車、飛機(jī)和航天飛船的生產(chǎn)。飛機(jī)重量減輕可使燃油消耗減少，有效負(fù)重加大。因此聚合物復(fù)合材料的高生產(chǎn)成本由低油耗及高載重所補(bǔ)償。
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