利物浦大学化学系首创了一种方法，可以更好地了解聚合物链在不断变化的溶剂流中的反应，为科学以及采油和光伏等行业提供了宝贵的见解，新的研究是聚合物科学领域的一项重要突破。

包含分子力探针（中央结构）的聚合物链被内爆空化泡（中央圆圈）周围的流场扭曲的艺术效果图。资料来源：利物浦大学 Roman Boulatov 教授

在最近发表在《自然-化学》（Nature Chemistry）杂志封面上的一篇论文中，利物浦的研究人员利用机械化学来描述溶液中的聚合物链如何对周围溶剂流动的突然加速做出反应。这一新方法使过去 50 年来一直困扰聚合物科学家的一个基本技术问题终于有了答案。

大分子溶质在快速流动中的碎裂具有相当重要的基础和实际意义。人们对链断裂前的分子事件序列知之甚少，因为此类事件无法直接观察到，而必须根据流动溶液的主体成分变化来推断。在此，我们介绍了如何通过分析聚苯乙烯链的断裂与嵌入其主干的发色团的异构化之间的同链竞争，详细描述超声溶液中发生机械化学反应的链的分子几何分布。在最新的实验中，过度拉伸（机械负载）的链段沿着主干生长和漂移，其时间尺度与机械化学反应相同，并且与机械化学反应竞争。因此，碎裂链只有小于 30% 的骨架被过度拉伸，最大力和最大反应概率都位于远离链中心的位置。因此，量化链内竞争对于任何速度足以使聚合物链断裂的流动都可能具有机理意义。

历史挑战和影响

自 20 世纪 80 年代以来，研究人员一直试图了解溶解聚合物链对突然加速的溶剂流的独特反应。然而，他们一直受限于高度简化的溶剂流，对真实世界系统行为的洞察力有限。

利物浦化学家 Roman Boulatov 教授和 Robert O'Neill 博士的这一新发现对物理科学的多个领域具有重要的科学意义，同时在实际操作层面也对许多价值数百万美元的工业流程（如提高油气回收率、长距离管道和光伏制造）中使用的基于聚合物的流变控制具有重要意义。

Roman Boulatov 教授说："我们的发现解决了聚合物科学中的一个基本技术问题，并有可能颠覆我们目前对空化溶剂流中链行为的理解。"

该论文的共同作者罗伯特-奥尼尔博士补充说："我们的方法论证明揭示了我们对聚合物链如何响应空化溶液中溶剂流动的突然加速的理解过于简单，无法支持系统设计新的聚合物结构和成分，以在这种情况下实现高效、经济的流变控制，也无法获得对流动诱导机械化学的基本分子见解。我们的论文对我们在分子长度尺度上研究非平衡聚合物链动力学的能力具有重要影响，从而使我们有能力回答关于能量如何在分子间和分子内流动，以及能量如何从动能转化为势能再转化为自由能的基本问题。"

研究小组计划重点扩大他们的新方法的范围和能力，并利用这种方法绘制分子级物理图谱，从而准确预测聚合物、溶剂和流动条件任意组合的流动行为。