保持“松弛感”：科学家解开高分子成玻之谜
2026年01月06日
看似简单的玻璃，其背后的分子运动逻辑却异常复杂。研究人员发现，聚合物长链末端的“链端”具有比中间链节更强的运动自由度，能够像灵活的关节一样引导分子集体移动，从而影响材料在液态与玻璃态之间的转换。这一发现不仅揭示了分子形状如何影响材料性能，也为未来软物质材料的精准设计提供了理论导航。
玻璃在我们的生活中随处可见，但从化学角度来看，它们依然充满了谜团。当一种物质从粘稠的液体转变为坚硬的玻璃态时，其内部的分子会经历复杂的重排。对于结构简单的分子，科学家已经有了较好的理解；但对于像聚合物这样的大分子，它们是如何“安定”下来并形成玻璃的，一直是材料科学领域的难题。
近日，一项发表在Science Advances上的研究为这一过程提供了清晰的理论描述。该研究由浙江理工大学、西交利物浦大学、普林斯顿大学、中国科学院及西南大学的国际研究团队共同完成。
灵活的“链端”：打破僵局的关键
通常情况下，材料从液态转变为玻璃态的温度（玻璃化转变温度）取决于分子的长度和重量。此外，分子的形状——无论是直链状、星形还是环状——都会影响这一转变的难易程度。
为了找出其中的奥秘，研究团队将目光锁定在了“链端”（Chain ends）上。在一条长链聚合物中，中间的链节就像是被挤在人群中间的人，左右都被化学键束缚，动弹不得；而处于末端的链节则拥有一种特殊的“松弛感”，它们拥有更多的活动空间和自由度。
通过实验、分子模拟与理论分析的结合，研究团队证实了这种额外的灵活性正是形成玻璃的关键。这些灵活的链端能够起到“解堵塞”的作用，帮助原本相互缠绕、挤压的聚合物长链能够以一种协同的方式进行重排。
“编程”材料的未来
基于这一发现，研究人员提出了两个全新的参数来描述和优化玻璃的形成过程：
1. 链端数量：指在发生转变的特定区域内，分子末端的密集程度。
2. 解堵塞能力：衡量链端在缓解分子挤压、促进重排方面的效率。
西浦助理教授、研究论文的主要作者之一吴正浩博士表示：“这一基础性发现不仅为理解聚合物玻璃提供了一个全新的视角，也为未来通过精准调节大分子链端的化学性质和数量，从而‘编程’软物质材料的强度、电学性质等固体性能开辟了新途径。”
这意味着，未来的材料科学家或许可以像编写代码一样，通过改写分子末端的特征，定制出满足特定工业需求的高级材料。
该研究成果目前已发表于Science Advances，为长久以来关于高分子玻璃化转变的理论争议提供了有力的实验与模拟支持。通过对链端动力学的深入剖析，国际团队成功将微观的分子运动与宏观的材料特性联系在一起，为高分子物理学填补了一块重要的理论拼图。
（英文编辑：Patricia Pieterse 中文编译：寇博）
2026年01月06日