科研 | 对高分子纳米薄膜流变性能空间分布的测量

交大密西根学院浓厚的学术氛围和前沿的科研活动让这里的师生始终站在科技创新的最前线。学院拥有一支强大的科研团队。他们不断探索，不断开拓，努力创造着引领业界并最终造福人类的科技梦想和创新成果。

为帮助公众揭开密院科研的神秘面纱，我们将陆续推出JI科研系列报道。让我们借助这些报道，走近密院，进入科技前沿的神秘世界。

本期的迷你研讨会上，密西根学院教师郭云龙向与会师生介绍了他实验室近期的一项研究成果：对高分子纳米薄膜流变性能空间分布的测量。

纳米材料因受尺度效应和表界面效应的影响，其物理性能与宏观尺度材料相比通常产生显著变化。进一步研究发现，高分子材料在纳米尺度上展现出物理性质的空间分布性。诺贝尔奖得主Pierre-Gilles de Gennes在研究薄膜玻璃化转变温度Tg时首先提出这一论断，并指出未来的实验应该以确定Tg的分布为目标。Tg的空间分布被Torkelson等用精彩的测量所证实（Nature Materials, 2003, 695.）。但在备受瞩目的薄膜机械性质的研究上，目前的观测手段十分有限。

受基体支持的高分子薄膜的时变粘弹性目前还没有被成功探究。为攻克此难点，郭云龙团队应用非接触性的实验手段，在封闭的微流体通道内，向高分子薄膜施加可控剪切应力，进而观测其引起的形变。通过在一定温度范围内，变换应力大小与作用时间，得到了一系列突破性成果(J Phys. Chem. Lett., 2017, 1229.)，包括获得聚合物有效粘度在薄膜内沿厚度方向的空间分布；观测到机械形变引起的高分子过冷液体内 Mobility的变化以及粘度的时变特性；得到分布粘度的Vogel-Fulcher-Tammann温度依赖关系；发现了自由界面Mobility对流体的Shear Thinning效果，以及此效果的空间分布。本研究为测量高分子薄膜的粘弹性提供了直接观测手段。由于薄膜热粘弹性对微润滑、附着、以及膜稳定性的决定性作用，这项研究为深刻了解这些材料物理性质提供基础支撑。

郭云龙，上海交通大学特别研究员。2000年和2003年毕业于清华大学汽车工程系，分别获得学士和硕士学位。2009年毕业于美国路易斯维尔大学，获得博士学位。2009至2012年先后在美国西北大学和普林斯顿大学担任访问学者和博士后研究员，于2012年晋升普林斯顿大学副研究员，获得永久性研究职位。2014年9月起回国担任上海交通大学特别研究员、博士生导师，密西根学院、材料科学与工程学院双聘教师。从事高分子纳米材料研究，专长领域涵盖玻璃化转变，物理老化与稳定性，结构动态与流变学。特别是在尺度受限条件下纳米材料性能、以及通过微纳米结构调控材料性质等方面有所建树，取得了有国际影响的研究成果。

交大密西根学院微型研讨会（miniworkshop）是学院为促进学院内部研究人员间的科研交流与合作而推出的工作平台。我们将陆续介绍学院教师在科研领域方面的研究，敬请期待！             

交大密西根学院科研办公室

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