当晶体流动时：半结晶聚合物在低于其熔点的温度动

半结晶聚合物是假定仅在其熔化温度以上流动的固体。在《科学进展》上发表的一项新研究中，Tu建华和德国马克斯普朗克聚合物研究所和希腊约阿尼纳大学的研究小组将晶体限制在纳米级圆柱形孔中，以显示半结晶聚合物在其熔点以下的流动性质，以及熔体和晶体状态的中间粘度状态。

毛细管过程在现象期间很强，并将聚合物链拖入孔隙而不熔化晶体。流动性的意外改善促进了适用于低温的聚合物加工条件，适用于有机电子产品。

结晶状态

大约2，500年前，哲学家赫拉克利特提出“一切都是流动的”，虽然零温度下的完美晶体不会流动，但晶体材料在特定条件下会流动。例如，大约 100 年前的现有研究表明，被薄的非晶层包围的流动金属颗粒形式的铸铁类似于过冷液体。

利用分子动力学模拟，研究人员证实了这些想法，进一步表明复杂晶界“流体”对塑性变形的重要性。例如，地球的内核同样被提议将铁保持在结晶状态。此外，海王星和天王星等行星的核心是由超离子结晶水组成的，并流动产生磁场，这可能最终导致了我们自己的存在。

表现出类似流体的流动性的晶体材料被称为“超离子学”，对能源应用很重要。半结晶聚合物是在正常条件下不流动的固体。在这项工作中，Tu及其同事展示了半结晶聚合物是如何经历流动的。为了检查这种现象，他们使用了两种半结晶聚合物;具有特定分子特性的聚(环氧乙烷)和聚(ε-己内酯)。材料科学家根据现有的文献协议为该研究开发了自序纳米多孔氧化铝模板。

材料表征

科学家们研究了散装聚环氧乙烷材料的热力学、结构和流变特性。并且数据证实了氧化铝模板上的材料薄膜处于半结晶状态。研究小组用小角X射线散射观察了结晶薄片的畴间距组织。他们使用偏振光学显微镜来研究散装聚环氧乙烷的上层结构，薄膜从熔体缓慢冷却到环境温度。结果表明，聚环氧乙烷具有单一的球形上部结构，而催化剂合成的聚(ε-己内酯)的结构动力学不同。

研究小组在阳极氧化铝模板中对两种聚合物材料进行了28天的吸收(吸收导致材料膨胀的水)，并用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察样品以表征它们。与聚环氧乙烷相对光滑的外观相比，聚(ε-己内酯)材料由于晶内扩散的形貌不同，表现出丰富的晶粒结构。在研究了材料的表面外观后，研究人员进行了纳米红外显微镜，以获得两种材料的表面形貌的其他图像。结果清楚地表明了聚环氧乙烷的半结晶性质。他们还解决了实验装置中的毛细管力足够高以在流动过程中熔化晶体的可能性，并注意到半结晶聚合物的粘度在实验过程中要降低。

吸血机制

从半结晶状态吸收流体和材料膨胀的机制(称为吸收)依赖于其结晶和无定形域的动力学。四个过程作用于无定形和结晶区域;节段弛豫控制了无定形域中的动力学，而其他三个过程影响了结晶域，以证明晶体移动聚合物(如聚环氧乙烷)的晶内链扩散。

由于晶体的吸收也涉及整个微晶的扩散，Tu和团队研究了聚合物摩尔质量对吸收过程的影响。结果表明，摩尔质量调节了吸收速度。

展望

通过这种方式，Chien-Hua Tu及其同事在材料科学中使用了几种成像方法，例如扫描电子显微镜，原子力显微镜和纳米红外结果，以检查半结晶聚合物如何通过毛细管作用在阳极氧化铝制成的纳米孔内流动。他们用剪切流变仪测量了聚合物的粘弹性行为，毛细管作用似乎驱动了聚合物吸附过程。

虽然成功的吸收是一个相对缓慢的过程，但毛细管力足够强，可以将聚合物微晶拖入纳米孔而不熔化晶体。在保留应用于低温聚合物加工的聚合物微晶的同时，流动性的意外增加。这种现象会导致聚合物在特定条件下冷流并随后与陶瓷或金属粘合，以防止聚合物降解。这种半结晶聚合物和铁电材料在有机电子学中具有多种应用，以影响其电子和物理性能。

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