高分子链内动力学性质的分辨及非均匀性的研究

The current project will focus on the possible difference in local segmental dynamics within a polymer molecule as well as the dynamical heterogeneity. In the studies, single molecule fluorescence de-focus imaging technique will be intensively used to track the rotational motion of single fluorescent probes precisely labelled at different positions along the polymer backbone. It is expected that the information on local dynamics at different positions can be subtracted either in time-domain or in frequency-domain, as a function of temperature and molecular weight. By comparing the local dynamics and its heterogeneity with the glass transition process of the bulk sample, the correlation between the local dynamics and the glass transition may be established at single molecular level. The information from the current project should be helpful to the understanding of glass transition process.

本项目针对高分子玻璃化转变过程中分子链段动力学性质及其动态非均匀性开展研究工作，将采用单分子荧光散焦成像技术，追踪精确标记于高分子链不同位点的单个荧光探针分子的转动运动，通过大通量数据分析，获取分子链内不同位点单分子动力学信息，并在时域、频域空间开展体系动力学非均匀性的考察与研究，考察其温度依赖性、分子量依赖性，期待从微观层面、单分子层面获取直接的分子动力学信息，并于宏观体系玻璃化转变行为进行比较，为理解与认识玻璃化转变的微观机理提供新的实验证据。

本项目针对高分子玻璃及过冷液体中的分子动力学性质开展研究，采用单分子荧光显微与光谱技术，研制偏振分辨单分子荧光显微设备，发展大通量、高效率图像分析程序，精确解析高分子玻璃体与过冷液体中单个荧光探针分子的转动运动，考察高分子链内部不同位点探针分子转动运动的功率谱及其差异，发现聚甲基丙烯酸正丁酯链末端高于链中央的分子运动性；以瞬态荧光光谱及宽频介电谱为手段，发现玻璃化转变温度之上液晶高分子聚6-(4-(4-氰基苯基)苯氧基)己基甲基丙烯酸酯的侧基delta-松弛为多步动态过程的实验证据，澄清了前人关于该动态模式为一步翻转的物理模型；通过声表面波激发聚异丁烯过冷薄膜中高频运动模式，实现了过冷液体薄膜的致密化，单分子荧光显微显示致密化的薄膜体现出更好的动态均匀性，这为制备超稳定玻璃体提供了新途径；发现多组分溶液液滴蒸发过程中的回归相分离现象，发现了由于蒸发速率差别而导致聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）的混致不溶过程，并将自行研发的图像分析程序应用于相分离分析，在倒易空间中实现相区尺寸测量，并发现马兰戈尼流动作为新的界面化学反应的物质输运途径。项目实施中共计发表学术论文3篇，培养博士研究生2名，硕士研究生1名。