我校材料与纺织工程学院副教授沈建祥博士在交联聚合物的结构与性能方面取得重要进展，相关成果以《交联密度和交联分布对聚合物静力学与动力学性质的影响》 (Effects of Cross-Link Density and Distribution on Static and Dynamic Properties of Chemically Cross-Linked Polymers)为题，于2019年1月8日发表于自然指数期刊《Macromolecules》上，沈建祥博士为该论文第一作者，我校南湖学院李雪博士为通讯作者。

图1.交联分布状态的示意图

聚合物网络尤其是其拓扑结构与网络弹性之间的关系始终是高分子科学领域中的研究重点。目前，交联分布对于聚合物网络的拓扑结构以及动力学性质仍然缺乏深入的研究。基于这一问题，我校沈建祥博士和李雪博士合作研究，设计三种典型的交联分布状态（图1），采用分子动力学模拟对交联聚合物网络的拓扑结构、动态结构性质、拉伸力学性能和粘弹性能进行了研究。结果显示交联点的引入降低了分子链段活动性，使玻璃化转变温度略有升高。通过计算动态结构因子研究了聚合物的α松弛行为，并采用MCT和VFT模型对松弛时间进行了分析，发现时温等效原理在链段尺度上成立，但在整链尺度上，只有在远高于临界温度下才成立（图2）。通过计算聚合物网络中的拓扑性质如环秩(cycle rank)，利用相似(affine model)模型和幻影(phantom model)模型对应力应变行为进行预测，并与动力学模拟得到的应力曲线进行对比，结果显示幻影模型在较大形变下的预测更为准确（图3）。模拟结果还显示，聚合物网络的储能模量和损耗模量与表观交联密度之间呈现指数关系。

图2. MCT和VFT模型预测的松弛时间，q表示波矢传递量，2.0代表整链尺度，6.9代表链段尺度。

图3. 动力学模拟、相似模型和幻影模型预测的Mooney-Rivlin应力应变曲线比较

该研究成果得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目的大力资助。（Macromolecules 2019, 52, 1, 121-134）