我們身邊的很多塑料都是由大量聚合在一起的聚合物鏈組成的。在塑料固化的過程中,高分子鏈相互干擾,導致分子排列不規則,像窗玻璃一樣,而不是像晶體那樣規則的分子排列。為什麼會有這麼多的聚合物呢?鍊子聚集時是否像窗玻璃一樣變硬的特性。
大阪大學、東京大學和筑波大學的聯合研究小組通過計算機模擬再現了聚合物鏈聚集體玻璃化的過程,當聚合物鏈逐漸硬化時,整個聚集體的性質是什麼?詳細分析了它是如何變化的。
首先,通過施加稱為剪切變形的應變來測量內部產生的力的大小,並量化抵抗剪切變形的硬度,結果,隨著一個聚合物鏈變得更硬,整個聚集體也變得更硬。然而,由於玻璃特有的非親和變形,其中每個聚合物鏈在應變後都發生了很大的變形,因此發現整個系統的硬度相對於一個鏈的硬度來說是非常軟的。
接下來,當計算表徵聚合物鏈中的分子振動狀態的振動狀態密度時,發現在聚合物玻璃中的太赫茲波區域也觀察到在許多玻璃材料中觀察到的被稱為玻色子峰的振動激發。還明確了玻色子峰的頻率根據聚合物鏈的硬度而變化,並且可以通過僅取決於作為硬度對剪切變形的指標的剪切模量的極其簡單的關係式來解釋。
這意味著可以使用太赫茲波對塑料的剪切變形難度等機械性能進行無損檢查,可以說這是應用方面的重要發現。預計這一結果將加速闡明聚合物玻璃化的“玻璃化轉變”現象的理論進展。