利物浦大學化學系首創了一種方法，可以更好地了解聚合物鏈在不斷變化的溶劑流中的反應，為科學以及採油和光伏等行業提供了寶貴的見解，新的研究是聚合物科學領域的一項重要突​​破。

包含分子力探針（中央結構）的聚合物鏈被內爆空化泡（中央圓圈）周圍的流場扭曲的藝術效果圖。來源：利物浦大學Roman Boulatov 教授

在最近發表在《自然-化學》（Nature Chemistry）雜誌封面上的一篇論文中，利物浦的研究人員利用機械化學來描述溶液中的聚合物鏈如何對周圍溶劑流動的突然加速做出反應。這項新方法讓過去50 年來一直困擾聚合物科學家的一個基本技術問題終於有了答案。

大分子溶質在快速流動中的碎裂具有相當重要的基礎和實際意義。人們對鏈斷裂前的分子事件序列知之甚少，因為此類事件無法直接觀察到，而必須根據流動溶液的主體成分變化來推斷。在此，我們介紹瞭如何透過分析聚苯乙烯鏈的斷裂與嵌入其主幹的髮色團的異構化之間的同鏈競爭，詳細描述超音波溶液中發生機械化學反應的鏈的分子幾何分佈。在最新的實驗中，過度拉伸（機械負載）的鏈段沿著主幹生長和漂移，其時間尺度與機械化學反應相同，並且與機械化學反應競爭。因此，碎裂鏈只有小於30% 的骨架被過度拉伸，最大力和最大反應機率都位於遠離鏈中心的位置。因此，量化鏈內競爭對於任何速度足以使聚合物鏈斷裂的流動都可能具有機制意義。

歷史挑戰與影響

自1980 年代以來，研究人員一直試圖了解溶解聚合物鏈對突然加速的溶劑流的獨特反應。然而，他們一直受限於高度簡化的溶劑流，對真實世界系統行為的洞察力有限。

利物浦化學家Roman Boulatov 教授和Robert O’Neill 博士的這項新發現對物理科學的多個領域具有重要的科學意義，同時在實際操作層面也對許多價值數百萬美元的工業流程（如提高油氣回收率、長距離管道和光伏製造）中使用的基於聚合物的流變控制具有重要意義。

Roman Boulatov 教授說：”我們的發現解決了聚合物科學中的一個基本技術問題，並有可能顛覆我們目前對空化溶劑流中鏈行為的理解。”

該論文的共同作者羅伯特-奧尼爾博士補充說：”我們的方法論證明揭示了我們對聚合物鏈如何響應空化溶液中溶劑流動的突然加速的理解過於簡單，無法支持系統設計新的聚合物結構和成分，以在這種情況下實現高效、經濟的流變控制，也無法獲得對流動誘導機械化學的基本分子見解。我們的論文對我們在分子長度尺度上研究非平衡聚合物鏈動力學的能力具有重要影響，從而使我們有能力回答關於能量如何在分子間和分子內流動，以及能量如何從動能轉化為勢能再轉化為自由能的基本問題。”

研究小組計劃專注於擴大他們的新方法的範圍和能力，並利用這種方法繪製分子級物理圖譜，從而準確預測聚合物、溶劑和流動條件任意組合的流動行為。