北京化工大学王东教授：交联—交联聚合物间界面扩散的原子力显微镜研究
聚合物界面扩散行为对其基础研究和工业化应用(如粘结，共混等)有着至关重要的作用。当两种或多种聚合物在其各自玻璃化转变温度或熔点以上相互接触时，随着分子链的热运动，聚合物间的界面会逐渐融合、弥散，并最终形成一界面层。聚合物界面层的结构设计和工艺控制对提高和优化界面性能、调控共混物的微结构与性能方面极为重要。鉴于此，目前对线性—线性聚合物间界面扩散过程及动力学已进行了大量广泛的研究。
与线性聚合物间界面扩散行为不同，要实现两种交联聚合物间的界面扩散是不太可能的，因为交联点限制了分子链的运动。近日，北京化工大学材料科学与工程学院王东教授团队通过原子力显微镜纳米力学方法研究两种Vitrimer间的界面增长，对交联网络间界面扩散过程的演化与动力学过程进行了初步探索，相关结果发表在 J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 6793−6796 上。
Vitrimer是一类具有共价交联网络的高分子材料。其网络结构中的动态共价键可在一定条件下断裂和重新生成，导致网络的拓扑结构发生变化，但材料的交联密度不变。利用Vitrimer这一结构特性，如将两种力学性能不同的Vitrimer制备成双层膜并进行退火，随着界面处共价键的不断断裂和重新生成，两Vitrimer间发生扩散，其界面处的力学性能会随着扩散的进行而不断变化。该团队通过原子力显微镜纳米力学图谱方法监测两Vitrimer间力学性能的变化进而研究其界面扩散动力学。研究结果显示交联网络间界面扩散过程与线性聚合物的截然不同：网络聚合物的界面增长过程是逐步进行的，更接近于一级反应动力学。线性聚合物间的扩散会在界面处形成一由两种线性聚合物分子链构成的界面层；而对于Vitrimer界面，链段的可逆反应会在界面处生成一由两种Vitrimer链段构成的新的聚合物网络界面层。此外，利用该方法研究不同温度下的界面增长，进而可得出该体系界面扩散的活化能。该工作提出了一种用于测定Vitrimer间反应活化能的新方法。
该工作的第一完成人为北京化工大学博士生何昌飞，合作者包括美国麻省大学Amherst分校及北化软物质科学与工程高精尖创新中心Thomas P. Russell教授。该工作得到了国家自然科学基金面上项目（51673016）的支持。
王东，北京化工大学材料科学与工程学院教授。2008年于清华大学获博士学位，2008年至2015年在日本东北大学原子分子材料科学高等研究机构分别担任助手（2008至2011）及助理教授（2011至2015），2012年至2013年在美国麻省大学Amherst分校做访问学者，2015年7月起就职于北京化工大学，致力于应用及发展原子力显微镜相关方法表征聚合物结构与性能的研究工作。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.8b03771
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