當晶體流動時：半結晶聚合物在低於其熔點的溫度下會流動

散裝 PEO8k 熱力學、流變學和形態。 (A) 差示掃描量熱法 (DSC) 加熱曲線（速率 = 10 K/min）顯示在 335 K 處（表觀）熔化。 (B) 在流變學中測量的吸液溫度 (T = 330 K) 下測量的儲能模量（綠色圓圈）、損耗模量（紅色圓圈）和黏度（藍色球體）。 (C) PEO8k 在環境溫度下從熔體緩慢冷卻後所獲得的小角 X 射線散射 (SAXS) 曲線。插圖中顯示了不同冷卻速率 R. au（任意單位）的層狀域間距。 (D) 在環境溫度下從熔體緩慢冷卻後透過偏振光學顯微鏡 (POM) 使用交叉極性獲得的球晶形態。信用：*科學進步*（2023）。 DOI：10.1126/sciadv.adg8865

半結晶聚合物是假定僅在高於其熔化溫度時才流動的固體。在發表於的一項新研究中科學進步Chien-Hua Tu 和德國馬克斯普朗克聚合物研究所和希臘約阿尼納大學的研究小組將晶體限制在奈米級圓柱形孔內，以顯示半結晶聚合物在熔點以下的流動性質以及中間黏度狀態到熔融態和晶態。

現象期間毛細管過程很強，並拖動進入毛孔而不熔化晶體。流量的意外改善促進了適用於低溫的加工條件，適用於有機電子產品。

晶態

大約2500年前，哲學家赫拉克利特提出：“一切都在流動”雖然零度溫度下的完美晶體不會流動，在特定條件下流動。例如，現有研究大約100年前顯示鑄鐵的流動以流動金屬顆粒的形式被薄非晶層包圍，類似於過冷液體。

使用研究人員證實了這個想法，進一步顯示複雜晶界「流體」對塑性變形的重要性。例如，地球的內核同樣被認為是將鐵保持在結晶狀態。此外，行星的核心，例如由超離子結晶水組成，流動產生磁場，這可能最終導致了我們自己的存在。

表現出類似流體流動性的晶體材料稱為“超離子學「並且對於能源應用很重要。半結晶聚合物是在正常條件下不流動的固體。在這項工作中，Tu 和同事展示了半結晶聚合物如何經歷流動。為了檢查這種現象，他們使用了兩種半結晶聚合物；聚環氧乙烷和聚(ε-己內酯)具有特定的分子特徵。這開發了用於該研究的自排序奈米多孔氧化鋁模板，基於現有文獻協議。

透過掃描電子顯微鏡 (SEM) 和原子力顯微鏡 (AFM) 顯示 PEO8k 在奈米孔中的吸入。 (A) 左：陽極氧化鋁 (AAO) 斷裂表面的 SEM 圖像，該陽極氧化鋁 (AAO) 具有直徑為 400 nm 的奈米孔，在 330 K 下用 PEO8k 滲透 28 天。右圖：放大到左側的藍色矩形虛線區域。藍色箭頭表示半月板。 (B) 與（A，右）的青色矩形虛線區域相對應的 AFM 二維高度影像（C）與 (B) 相同區域的 AFM 二維影像。 (D) 放大到彎月面區域的 AFM 二維影像。信用：*科學進步*（2023）。 DOI：10.1126/sciadv.adg8865

材料表徵

科學家研究了散裝聚環氧乙烷材料的熱力學、結構和流變特性。數據證實了氧化鋁模板上的材料膜處於半結晶狀態。研究團隊觀察了晶體片層的域間距組織小角X射線散射。他們用偏光光學顯微鏡研究塊狀聚環氧乙烷的上部結構，薄膜從熔體緩慢冷卻到環境溫度。結果顯示聚環氧乙烷具有單一球晶超結構，而以催化劑合成的聚（ε-己內酯）的結構動力學不同。

研究團隊進行了28天的研究吸入（吸水導致材料膨脹）陽極氧化鋁模板內的兩種聚合物材料，並觀察樣品掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡來表徵他們。與聚環氧乙烷相對光滑的外觀相比，聚(ε-己內酯)材料由於晶內擴散的不同形態起源而表現出豐富的晶粒結構。在研究了材料的表面外觀後，研究人員進行了奈米紅外線顯微鏡以獲得兩種材料表面形貌的額外影像。結果清楚地顯示了聚環氧乙烷的半結晶性質。他們還解決了實驗裝置中毛細管力足夠高以在流動過程中熔化晶體的可能性，並指出半結晶聚合物的黏度在實驗過程中降低。

奈米紅外線（IR）揭示了奈米孔中聚合物的半結晶性質。 (A) 奈米紅外線測量樣品的示意圖。掃描陽極氧化鋁 (AAO) 表面的邊緣後，將原子力顯微鏡 (AFM) 尖端定位在聚合物或 AAO 表面上。然後，調諧紅外線雷射的波長。 AFM 尖端的振動幅度分別對應於所選位置的奈米紅外線響應。 (B) PEO8k 填充的 AAO 奈米多孔樣品的形貌圖。我們分別選擇了 PEO 上的三個位置（#1、#2 和 #3）和 AAO 上的三個位置（#4、#5 和 #6），並記錄了紅外光譜。 (C) 在 (B) 中標記位置處所取得的對應紅外光譜。對於位置 #1 至 #3，吸收峰位於 1061、1108 和 1149 cm-1⁻¹存在（黃色）但位置 #4 至 #6 不存在。峰值位於 1061、1108 和 1149 cm⁻¹是半結晶 PEO 的典型特徵。信用：*科學進步*（2023）。 DOI：10.1126/sciadv.adg8865

吸入機制

流體吸收和材料膨脹（稱為半晶態吸入）的機制依賴於其晶域和非晶域的動力學。四個過程作用於非晶區和晶區；鏈段弛豫控制非晶域的動力學，而其他三個過程影響結晶域，以證明聚環氧乙烷等晶體移動聚合物的晶內鏈擴散。

由於晶體的滲吸也涉及整個微晶的擴散，Tu 和團隊研究了聚合物的摩爾質量對滲吸過程的影響。結果顯示摩爾質量調節吸吸速度。

奈米孔中半晶聚合物吸入過程的分子機制與相關時間尺度。A和乙）與半結晶聚合物相關的層次結構和相關動力學：（A）將聚合物鏈組織成有序片層涉及結晶內鏈段的運動（d_C）和無定形（d_A）地區。四個過程定義如下： τ_幹表示 PEO 鏈在晶域長度尺度上的擴散時間 (d_C）； t_LC說明單位晶體片層的生長時間； <τ_C> 描述了晶體內兩個螺旋缺陷跳躍的切換時間； τ_分段的代表非晶體區域內的分段動力學。我代表分子間距離（我=A+乙>/2；A和乙是晶體晶胞參數X和y軸，分別）。 (B) 聚合物鏈的吸入 (τ_吸入) 透過具有特徵時間 τ 的吸附進行_吸附。孔壁上的錨定單元以紅色表示。 (C) 特徵時間尺度及其溫度依賴性：τ_吸入（黃色球體），τ_吸附（紅色虛線），τ_LC（藍色球體），τ_幹（青色球體），<τ_C>（橘色球體）和 τ_分段的（綠色十字）。原始資料見表S1。 (D）相對於孔軸的層狀取向對可變滲透長度的影響。 (乙) AFM 高度（左）和相位（右）影像揭示了奈米孔（青色框區域）內定向良好的結晶 (PCL) 片層。比例尺，200 nm。信用：*科學進步*（2023）。 DOI：10.1126/sciadv.adg8865

外表

透過這種方式，Chien-Hua Tu 及其同事使用了多種成像方法，例如掃描,和奈米紅外線結果，以檢查半結晶聚合物如何在陽極氧化鋁製成的奈米孔內流動。他們測量了聚合物的黏彈性行為剪切流變儀，毛細管作用似乎驅動了聚合物的吸附過程。

雖然成功的吸入是一個相對緩慢的過程，但毛細管力足以將聚合物微晶拖入奈米孔中而不熔化晶體。流量意外增加，同時保留應用於低溫聚合物加工的聚合物微晶。這種現象可以導致冷流，並隨後在特定條件下將聚合物黏合到陶瓷或金屬上，以防止聚合物降解。此類半結晶聚合物和鐵電材料在有機電子學中有多種應用來影響其電子和物理特性。

引文：當晶體流動時：半結晶聚合物顯示在低於其熔點的溫度下流動（2023 年，5 月19 日），2024 年5 月29 日檢索自https://webbedxp.com/science/jamaal/ news/2023-05-crystals-semi crystal-polymer -所示-溫度.html

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