近日，我中心青年教师陆波博士在微纳多层高分子材料加工与结构调控方面取得进展，以第一作者在Wiley旗下高分子材料领域期刊Macromolecular Materials and Engineering发表题为“Unveiling the effects of in situ layer–layer interfacial reaction in multilayer polymer films via multilayered assembly: from microlayers to nanolayers”的研究论文。

近年来，多层高分子复合材料因在微观上具有类似蝴蝶翅膀鳞片的层状结构而呈现出特殊的光学、电学、气体和液体阻隔等性能，已成为液晶显示、光子晶体膜、梯度折射率透镜、储能薄膜电容器、高效水处理等高精尖领域的关键材料。由于其加工的复杂性，加上国外技术垄断，我国的高性能多层高分子制品开发长期处于“瓶颈”状态。此类多层材料的生产都面临一个共同的问题，就是难以匹配合适的组分层聚合物来构筑稳定有序的微观层结构。根本原因在于目前大多数的商业化聚合物之间都是热力学不相容、流变学不对称体系，相邻层之间的界面弱相互作用和较大的黏弹性差异导致多层体系在复杂加工环境中发生层间界面不稳定、界面滑移，甚至引发层断裂，破坏层间界面和层结构的连续性和均一性，不利于协同强化制品的光学、电学、阻隔等宏观性能。

针对上述难题，我中心陆波博士提出在多层加工过程中在层间原位引入层间物理互扩散或化学反应，从而在层间植入扩散性界面层或反应性界面层作为桥梁来弱化层间黏弹性差异和稳定层结构（ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10, 29019-29037；Soft Matter 2017, 13, 2523-2535）。在前期研究的基础上，该工作采用基于熔体强制组装原理的微纳多层高分子共挤加工技术，以反应性多层材料体系为模型，首次考察了微纳多层体系层间界面原位化学接枝反应调控对多层膜微观层结构和形态的影响，通过高时空分辨率的宽频介电学解析技术，研究发现层间界面嵌段共聚物积累和界面粗糙化动态过程与实时介电驰豫之间具有直接定量关联，观察到从反应性纳米层尺寸接近嵌段共聚物无规线团尺寸(Coil size)时发生层断裂和液滴形成等界面不稳定现象，发现层间接枝反应引起的界面弹性和张力变化与层间热涨落(Thermal fluctuation)在稳定层结构上具有不同的调控作用，同时还利用瞬态启动拉伸流变学技术，在模拟实际加工的多层流场下，发现具有高比界面积和长链支化分子构造的界面共聚物的多层体系比微层体系和共连续相结构共混物表现出较强的拉伸应变硬化行为，最后考察了多层薄膜的介电储能性能及载流子传输动力学特性，该研究工作从介观和宏微观等多个尺度揭示了多层反应加工-结构演变-性能之间的依赖性，该工作有望为通过耦合多层高分子反应加工过程实现对层结构和界面形态的精准调控和性能优化提供实验依据和技术支持。

该研究工作得到了国家“111计划”项目（D18023）、中国博士后科学基金（2019M650174）的资助。研究工作得到了法国里昂大学A. Maazouz教授、K. Lamnawar副教授、G. Sudre副教授、S. Pruvost教授，以及法国国家科学研究中心A. Serghei研究员、P. Alcouffe工程师的支持和讨论。

论文信息：Unveiling the effects of in situ layer–layer interfacial reaction in multilayer polymer films via multilayered assembly: from microlayers to nanolayers, B. Lu; P. Alcouffe; G. Sudre; S. Pruvost; A. Serghei; C. Liu; A. Maazouz; K. Lamnawar, Macromolecular Materials and Engineering, 2020, 2000076.

http://dx.doi.org/10.1002/mame.202000076