聚合物结构、动力学与加工过程的原位表征

课题组研究定位

本课题组主要聚焦发展原位核磁共振（NMR）和同步辐射 X 射线散射方法，揭示聚合物分子结构在合成、加工、形变和结晶过程中的演化规律。通过结合先进NMR技术、实时加工平台、同步辐射实验和人工智能辅助数据分析，我们将聚合物链结构与动力学行为同材料性能联系起来。

NMR 提供链结构、分子相互作用和分子运动性的分子尺度信息，同步辐射 X 射线散射则揭示分子取向、结晶度、相结构和形貌。通过这些互补手段，我们致力于建立聚合物材料的结构—加工—性能关系，研究对象包括聚烯烃、聚乙烯醇和含氟聚合物。

研究方向

1. 结构—谱图耦合｜机器学习辅助的 NMR 谱图解析

聚合物性能始于其分子结构。链序列、立构规整性、组成、分子相互作用和局部分子运动性决定聚合物的结晶、流动、变形及最终性能。然而，由于聚合物 NMR 谱图往往峰重叠严重且具有结构非均一性，这些信息通常难以准确解析。因此，建立链结构、NMR 谱图特征与材料行为之间的可靠联系，是实现聚合物性能可预测设计的基础。

本课题组发展多核、多维固体 NMR 方法，以解析复杂聚合物谱图；同时结合人工智能辅助分析，从谱图中提取结构信息，建立谱图特征与分子结构及材料性能之间的联系。

研究方法：多核与多维固体 NMR、弛豫与分子动力学测量、人工智能辅助谱图分析。

2. 聚合物加工｜加工过程中聚合物结构如何演化？

聚合物加工是材料结构形成和重组的关键阶段，也是一类典型的非平衡过程。温度、流动、应力、溶剂去除和变形等物理因素，会在不同时间尺度上改变链运动性、分子取向、结晶度和网络结构。对这些变化进行实时观测，是理解加工历史如何决定最终形貌和力学性能的关键。

本课题组将同步辐射X射线散射、NMR 与自主搭建的加工平台相结合，使链动力学和结构变化能够在真实加工条件下被直接测量，而不是仅通过加工后的样品进行推断。

研究方法：原位同步辐射广角和小角 X 射线散射（WAXS/SAXS）与 NMR 及加工实验相结合。

3. 聚合物力学｜流变 NMR 揭示结构—力学耦合

聚合物和软物质的力学行为取决于分子链在外力作用下如何重排。链缠结、交联、分子取向、弛豫、结晶和瞬态相互作用，会在多个尺度上共同决定黏弹性、应变硬化、屈服、韧性和失效行为。当前的核心挑战，是在真实变形条件下将这些分子过程同宏观应力—应变响应联系起来。

本课题组发展流变 NMR （Rheo-NMR）方法，将机械加载与链动力学、分子取向、弛豫和网络结构的实时测量相结合。通过跟踪剪切、拉伸、压缩和恢复过程中的结构变化，我们建立直接的结构—力学关系，揭示控制聚合物、弹性体、水凝胶及其他软物质性能的分子机制。

研究方法：时间分辨 NMR 与自主搭建的加工和力学测试平台相结合。

4. 聚合物胶黏剂｜面向可折叠显示的 OCA 与黏附失效机制

光学透明胶（OCA）是现代显示器件层叠结构中的关键材料，既要保持光学透明性，又要黏结不同材料和厚度的柔性层。可折叠显示在反复弯折、拉伸和恢复过程中，会对界面提出更高要求，并可能诱发空穴、界面脱粘和不可逆损伤。理解 OCA 分子结构与界面力学如何控制这些失效过程，是提升下一代显示器件及其他功能胶黏剂耐久性和可靠性的基础。

本课题组近期聚焦于可折叠显示中的 OCA 体系。通过结合固体 NMR、同步辐射 X 射线散射和黏附力学测试，我们研究变形与脱粘过程中分子运动性、网络结构、空穴形成及界面变化。这些测量将分子尺度动力学和界面结构同 OCA 显示组件的光学、力学和失效行为联系起来，并覆盖苛刻或接近实际应用的条件。

研究方法：固体 NMR、原位同步辐射 X 射线散射，以及针对 OCA 和其他功能胶黏剂的黏附力学测试。