文章導讀

 學術(shù)期刊《Macromolecules》（ACS旗下高分子領域頂級期刊《大分子》）在線發(fā)表了關于聚合物超薄膜力學強化機制的突破性研究成果。該研究深度解析了鏈剛性主導的超薄膜力學尺寸效應、載荷傳遞路徑轉(zhuǎn)變及 “滑動 - 拉伸競爭機制” 等核心規(guī)律，為下一代柔性電子、高端防護涂層等領域所需的高性能納米薄膜材料研發(fā)提供了關鍵分子級設計準則。

   在這項科研工作中，客戶團隊選用了CIF公司提供的等離子體清洗設備CPC-G，為實驗樣品的制備提供了關鍵技術(shù)支持！

技術(shù)核心：等離子清洗機的關鍵作用

   在聚合物超薄膜的分子級力學研究中，單分子力譜（SMFS）是解析鏈剛性、構(gòu)象變化與宏觀性能關聯(lián)的核心技術(shù)。但這類實驗對樣品基底的要求極為嚴苛，長期困擾科研人員：

   這些問題成為制約科研團隊深入探究超薄膜力學強化微觀機制的關鍵障礙。

   針對上述科研痛點，CIF公司的等離子體清洗儀（CPC-G）憑借專業(yè)設計與穩(wěn)定性能，提供了一站式解決方案，在《Macromolecules》刊文研究中發(fā)揮了不可替代的作用：

   通過先進等離子體技術(shù)，高效去除Si基底表面油污、殘留有機物等雜質(zhì)，為單分子力譜測試打造潔凈環(huán)境，確保測試信號真實準確。

   提升基底表面活性，強化聚合物鏈與Si基底的附著力，避免單鏈拉伸時滑脫，助力科研人員捕獲完整的全階段力學響應與力 - 延伸曲線。

   讓基底表面性能均勻穩(wěn)定，顯著提高實驗重復性，支持團隊精準表征 PC 和 PMMA 的單鏈剛度，提取關鍵參數(shù)，為核心結(jié)論提供堅實數(shù)據(jù)支撐。

   該研究明確鏈剛性是聚合物超薄膜力學尺寸效應的關鍵，隨著薄膜厚度減?。ㄓ绕涞陀?0nm），載荷傳遞從分子間滑動轉(zhuǎn)為分子內(nèi)拉伸，使模量顯著提升，15nm厚聚碳酸酯薄膜模量達17GPa（約為本體 7倍），通過對比聚碳酸酯（剛性鏈）和聚甲基丙烯酸甲酯（柔性鏈），證實鏈剛性而非鏈取向、纏結(jié)密度或分子量主導力學強化效果，同時建立 “滑動 - 拉伸競爭機制”，統(tǒng)一了不同測試技術(shù)的矛盾結(jié)論，發(fā)現(xiàn)超薄薄膜模量對溫度更敏感，最終為柔性電子、防護涂層等領域提供了聚合物納米薄膜的分子級設計規(guī)則。

原文圖像

   圖2.鏈剛度對機械響應的影響。(a) 不同厚度PC膜壓痕加載的分子動力學模擬，展示了不同的承載機制。這里，σ是一個通過特征長度單位歸一化的無量綱參數(shù)。(c) 不同膜厚度下鏈拉伸對總能量消耗的貢獻（“t”代表膜厚度）。(d) 膜模量的溫度和厚度依賴性。(b) 基于不同區(qū)域的回轉(zhuǎn)半徑演變。

   圖3. 鏈剛度的分子結(jié)構(gòu)依賴性。（a）厚度依賴性模量和（b）PC與PMMA薄膜的代表性GIWAXS一維圖譜的比較。（c）力-伸長曲線以及（d）來自SMFS實驗的PC和PMMA鏈的持久長度和歸一化剛度。

  圖4. 力學性能的溫度依賴性。（a）溫控力學測試的示意圖。（b15nm聚碳酸酯（PC）薄膜在溫度升高的條件下壓痕后殘余形貌的形貌成像。不同厚度下（c）聚碳酸酯（PC）和（d）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜的模量的溫度依賴性。（e）鏈剛度與內(nèi)聚相互作用之間競爭機制的示意圖。（f）在模擬壓痕構(gòu)型中，\(T=300 ~K\)和\(T=\)在2000 K時的分子間相互作用能的對比分析。（g）薄膜體積和單鏈構(gòu)象的溫度依賴性演變。

  圖5. 不同機械測試方法的比較。（a）超薄膜和塊狀聚合物的歸一化模量。（b）超薄膜和塊狀聚合物在不同測試條件下的應力傳遞機制示意圖。