高分子玻璃化转变的动力学理论研究

本项目为高分子玻璃化动力学的理论研究。目标是对现有的微观PNLE理论进行改进，直接从聚合物链模型及聚合物体系的结构与关联出发，建立完全自洽的类似于PNLE理论的聚合物链段慢运动方程，得到高分子材料的玻璃化动力学信息。进一步，从plastic形变之前，聚合物链段微观cage的形变和宏观形变是仿射的（affine）这一新的思路出发，可以建立高分子玻璃材料的非线性力学响应方程。结果可以用来和PNLE理论及文献中大量的模拟与实验结果进行对比分析。对具有复杂分子结构或远离理想链构象的体系例如star polymer和grafted polymer可以采用PRISM和场理论途径来进行结构分析，结果可以作为PNLE理论或新建立的高分子玻璃化动力学理论的输入，研究这类体系的玻璃化动力学特征。本项目可以使我们深入认识聚合物分子链连接性、构象等因素对材料的玻璃化动力性质的影响，具有重要的科学意义。

本项目是玻璃化转变的微观理论研究。玻璃化转变问题是凝聚态物理中重要的科学难题之一，其中包含着丰富的物理现象。能够定量描述玻璃化转变现象的微观理论很少。在本项目中，我们在前期工作的基础上，应用微观非线性朗芝万方程（NLE）理论研究了聚合物玻璃的应变软化（strain softening）现象，指出了它和物理老化与还原过程的联系，并发现了软化幅度与结构变量（长波长密度涨落）之间简单的定量关系。我们还研究了大应变力下的蠕变问题，理论结果与实验符合很好，解释了大应变下曲线向上弯曲的微观机制。我们完成了对NLE理论的修改，把链的连接作用考虑到理论模型中，并把它应用到模型胶体链的研究中。通过和硬球胶体的对比，我们系统的研究了键长、链长、链的刚性等对玻璃化转变的影响，揭示了大分子和小分子玻璃化转变的差别。我们把NLE理论扩展到二维胶体单层的玻璃化转变问题，探讨了维度对玻璃化转变及玻璃态的影响，包括体系弹性模量和粘度的变化等等。这部分工作为把NLE理论进一步扩展到薄膜和受限体系提供了基础。