同步辐射技术在研究高分子远离平衡条件下的成核方面取得重要进展

  高分子在流动场下的结晶是一种典型的外场驱动的相变。由于在高分子材料在加工过程中不可避免地要引入流动场，因此研究流动场诱导高分子结晶具有重要的工业价值。此外，高分子具有多尺度结构和多重松弛模式，是研究相变尤其是远离平衡条件下相变的一种理想材料。尽管对流动场诱导结晶已经有超过半个世纪的研究。然而，由于实验条件的限制，目前对其非平衡特性还缺乏认识和理解。流动场诱导高分子结晶究竟是由热力学驱动还是非平衡效果至今仍不清楚。

  针对上述问题，研究人员结合自行研制的伸展流变仪和超快同步辐射X射线散射（时间分辨为30ms），构建了聚丙烯在接近加工条件下的应变-温度相图。结果表明诱导成核的临界应变在一个很宽的温度窗口内不随温度发生变化，与基于近平衡条件经典熵减模型的预测完全相反。这一结果证明了经典熵减模型在远离平衡条件下的失效，并且揭示了流动场诱导结晶的非平衡特性。研究人员提出了一种包含外场诱导多尺度转变的成核模型，很好地解释了成核的非温度依赖性。这一工作不仅为高分子以及其他软物质材料指明了新的研究方向，并且对非平衡物理研究具有重要意义。审稿人认为该研究思想新颖，实验证据充足，对于揭示高分子结晶的非平衡特性具有重要的意义。

  以上研究工作得到国家自然科学基金、中央大学基础研究基金等基金的资助。