专访 | 回乡当公务员的Nature论文一作:高分子材料界面研究新突破

2021-08-25 20:38:08 作者: 专访 | 回

Nature 论文一作,却放弃科研回老家做公务员,这是安徽宿州 90 后男孩郝治伟的人生选择。

图 | 左为郝治伟;右为其导师左彪(浙江省高分子材料表界面科学重点实验室副教授)(来源:受访者)

8 月 18 日,郝治伟担任一作、其导师左彪担任共同通讯作者的论文,在 Nature 正式发布,这也是以浙江理工大学为第一单位发表的首篇 Nature 论文。几天后,他收到了安徽省宿州市经济开发区管理委员会的 offer,并于 8 月 23 日正式上岗成为一名公务员。

图 | 相关论文(来源:Nature)

论文本身也极具意义:刷新了对高分子材料界面行为的认识

抛开郝治伟的职业选择、所引起的网友大讨论,该论文研究工作本身也具有重要科学意义。左彪告诉 DeepTech,论文之所以能被 Nature 杂志所接收,也跟选择高分子界面分子运动的这个独特问题切入点有关。

此前大家多是关注宏观材料的性质,更关心高分子材料整体的性质;但还有一类性质叫表面性质,例如两个材料之间的摩擦、粘合、粘接以及液滴在表面的浸润等。

这类性质仅由几十个原子层厚度的表面层内分子、或原子的种类及其运动性所决定。尽管很多科学家都试图在微观层面上去观测和研究表面高分子链的运动行为,但苦于没有很好的实验手段,一直未获得突破性进展。

左彪表示,他的导师王新平教授引导他进入高分子表界面研究领域后,就一直在思考这个问题,迄今已有近十年时间。参加工作后在国家自然科学基金和浙江省高分子材料表界面实验室的持续资助下,对这一问题开展了针对性研究。

此次发表在 Nature 上的研究工作解决了这个问题。左彪告诉 DeepTech,他们从液滴浸润软固体表面这个自然现象中得到灵感,并在前人研究工作的启发下,发展了一种利用微液滴诱导高分子膜表面发生纳米尺度形变,从而研究高分子材料表面纳米蠕变的方法,由此建立了松弛时间跨度达 6 ~ 8 个数量级的宽时域、多尺度表面高分子动力学表征方法,一举解决了高分子材料表面分子运动表征的难题。

具体来说,他们将 1 -乙基- 3 - 甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体微液滴,放在聚苯乙烯塑料膜表面,利用原子力显微镜观测到液滴表面张力作用,让材料表面产生了微形变。

根据温度和液滴作用时间的不同,形变高度可从 1~2 纳米到几百微米不等。并且,所选取液体并不唯一,只要这种液体具有超低的饱和蒸汽压、高的热降解温度、以及较高的表面张力并且与聚合物不相容,便适合于这种测量。

有了这种方法之后,他们继续对高分子表面的状态和分子运动进行研究,并在实验中发现了这样一个反常现象,即高分子塑料表面并不是硬的,而是在一定时间尺度下表现出类似柔软橡胶的特性。

(来源:Nature)

获悉该现象之后,他们又向国外团队寻求合作,在理论和模拟方面又做了大量的工作。左彪和郝治伟则负责实验部分,最终从分子层面上搞清楚了上述发现的机制,给出了合理的解释,还发展了理论模型去描述这种行为,也形成了很好的研究闭环。

(来源:Nature)

此次发现为原先观测到的许多高分子界面现象和过程提供了不同的维度的理解。例如高分子塑料具有一定的可粘合性和自愈合特性。橡胶态表面的存在可以加速高分子塑料之间的粘合,或能使塑料高分子表面具有一定的塑性和自愈合能力。

此外,对于塑料表面液滴的滚动行为,也可得到很好的解释。以前发现水滴在某种材料表面滚动得很慢,但在另一种材料上滚动得很快。排除其他因素的影响,两种材料表面橡胶层厚度和柔软度的差异可能会导致液滴的滚动行为出现差异。

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