半结晶聚合物的结构在很大程度上取决于它们分子链的纠缠程度。马丁·路德大学哈雷-维滕贝格分校(MLU)的研究人员在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表的一项新研究中证实了这一点。
经过多次实验，研究人员开发了一种新的模型来预测材料的微观结构及其性能。聚合物是长链分子。半结晶聚合物是固体和液体元素的混合物。它们常用于塑料和包装材料。
当材料冷却下来时，它们通常会在分子水平上形成晶体结构，换句话说，所有的粒子都处于紧密有序的模式中。MLU的物理学家Thomas Thurn-Albrecht教授解释说:“类似的过程发生在半结晶聚合物形成时，只是不是所有区域都结晶。”相反，存在所谓的非晶态区域，在冷却后具有无序结构。
在这里发现了彼此缠绕在一起的缠结。在半晶聚合物中，有序层和无序层在纳米级上反复交替。这种特殊的结构也赋予了它们独特的特性:它们既灵活又有弹性，而且相对坚固。这使得它们特别适合作为包装和结构材料。
半晶聚合物的性质在很大程度上取决于两个因素:上述层的厚度和非晶区链的纠缠强度。根据Thurn-Albrecht的说法，影响晶体厚度的因素已经众所周知，但对非晶层的了解仍然相当有限。
他的团队与MLU的Kay教授Saalwächter领导的小组合作，专门研究了这些层的晶体形成过程。基于他们对模型聚合物的测量，物理学家发现非晶层的厚度在很大程度上是由它们的缠结决定的。研究人员还开发了一个简单的模型来描述这种关系。
“我们假设我们的模型可以应用于许多不同的聚合物。这包括目前尚未广泛使用的材料，”图恩-阿尔布雷希特说。新的发现可以帮助改善现有的材料，或者用更可持续的替代品完全或部分取代它们。
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