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Cooperative Intramolecular Dynamics Control the Chain-Length-Dependent Glass Transition in Polymers
Physical Review X ( IF 11.6 ) Pub Date : 2022-05-27 , DOI: 10.1103/physrevx.12.021047 Daniel L. Baker , Matthew Reynolds , Robin Masurel , Peter D. Olmsted , Johan Mattsson
Physical Review X ( IF 11.6 ) Pub Date : 2022-05-27 , DOI: 10.1103/physrevx.12.021047 Daniel L. Baker , Matthew Reynolds , Robin Masurel , Peter D. Olmsted , Johan Mattsson
The glass transition is a long-standing unsolved problem in materials science. For polymers, our understanding of glass formation is particularly poor because of the added complexity of chain connectivity and flexibility; structural relaxation of polymers thus involves a complex interplay between intramolecular and intermolecular cooperativity. Here, we study how the glass-transition temperature varies with molecular weight for different polymer chemistries and chain flexibilities. We find that is controlled by the average mass (or volume) per conformational degree of freedom and that a “local” molecular relaxation (involving a few conformers) controls the larger-scale cooperative relaxation responsible for . We propose that dynamic facilitation where a local relaxation facilitates adjacent relaxations, leading to hierarchical dynamics, can explain our observations, including logarithmic dependences. Our study provides a new understanding of molecular relaxations and the glass transition in polymers, which paves the way for predictive design of polymers based on monomer-scale metrics.
中文翻译:
协同分子内动力学控制聚合物中依赖于链长的玻璃化转变
玻璃化转变是材料科学中长期未解决的问题。对于聚合物,由于链连接性和柔韧性增加了复杂性,我们对玻璃形成的理解特别差;因此,聚合物的结构松弛涉及分子内和分子间协同性之间的复杂相互作用。在这里,我们研究玻璃化转变温度如何随分子量变化适用于不同的聚合物化学成分和链的柔韧性。我们发现由每个构象自由度的平均质量(或体积)控制,并且“局部”分子松弛(涉及一些构象异构体)控制更大规模的合作放松负责. 我们提出动态促进,其中局部松弛促进相邻松弛,导致分层动力学,可以解释我们的观察,包括对数依赖。我们的研究为聚合物中的分子弛豫和玻璃化转变提供了新的理解,这为基于单体尺度指标的聚合物预测设计铺平了道路。
更新日期:2022-05-27
中文翻译:
协同分子内动力学控制聚合物中依赖于链长的玻璃化转变
玻璃化转变是材料科学中长期未解决的问题。对于聚合物,由于链连接性和柔韧性增加了复杂性,我们对玻璃形成的理解特别差;因此,聚合物的结构松弛涉及分子内和分子间协同性之间的复杂相互作用。在这里,我们研究玻璃化转变温度如何随分子量变化适用于不同的聚合物化学成分和链的柔韧性。我们发现由每个构象自由度的平均质量(或体积)控制,并且“局部”分子松弛(涉及一些构象异构体)控制更大规模的合作放松负责. 我们提出动态促进,其中局部松弛促进相邻松弛,导致分层动力学,可以解释我们的观察,包括对数依赖。我们的研究为聚合物中的分子弛豫和玻璃化转变提供了新的理解,这为基于单体尺度指标的聚合物预测设计铺平了道路。