结晶性高分子材料在热塑性塑料中的占比高达70%，其结晶过程的调控是优化材料性能的关键。成核作为结晶的起始步骤，通常发生在固体界面处。然而，高分子在界面处的构象与动力学行为显著区别于其本体，成核过程难以直接观测，导致界面成核的物理本质长期不明，制约了高分子结晶行为的精准调控和高效成核剂的理性设计。

在中国科学院、国家自然科学基金委和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学研究所工程塑料实验室刘国明等基于聚合物-多孔阳极氧化铝（AAO）模板构建的纳米限域模型体系，深入揭示了高分子表面成核与界面相互作用的本质关联，提出并证实了高分子在非晶固体界面成核的“熵驱动机制”。

近期，刘国明等创新性地发展出一种适用于纳米受限体系、可测量完整极图的新实验方法（图1），成功突破了传统技术手段难以解析界面成核取向结构的技术瓶颈，并利用该方法对多种不同化学结构的高分子进行系统研究，发现界面成核概率与聚合物/AAO界面作用强度呈现显著的负相关性（图2）。深入分析表明，相互作用强的界面更容易发生物理吸附，阻碍链运动，并产生较多的trains和loops构象；而在较弱的界面相互作用下，高分子链在界面处更容易形成扁平构象，导致其构象熵大幅降低，从而自发形成有利于成核的预取向结构。这一发现更新了传统成核理论中“焓”贡献主导的认知，明确确立了“熵”驱动机制在界面诱导高分子结晶过程中的核心作用。该研究为揭示界面诱导成核的普适性机制奠定了基础。

相关研究成果以“Entropic Origin of Polymer Nucleation at Amorphous Solid Interfaces”为题，发表在Physical Review Letters (Phys. Rev. Lett. 135,018101,DOI: https://doi.org/10.1103/l2c8-m7k7) 上。博士研究生王明为论文第一作者，刘国明研究员为通讯作者。

图1 AAO纳米孔中高分子特定(hk0)晶面的取向分布与极图测试结果及示意图

图2 高分子界面成核概率与高分子/AAO界面能关系，及AAO界面吸附高分子形貌

工程塑料实验室

2025年7月4日