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  浙江理工大學化學系，浙江省高分子表界面科學重點實驗室左彪教授與普林斯頓大學Priestley教授合作在國際物理領域知名期刊《應用物理評論》（Applied Physics Reviews）發表了題為“Surface Dynamics of Glasses”的綜述文章，對近三十年來玻璃材料表面分子動力學研究成果進行了總結和展望。該論文被甑選為APR亮點論文（Featured / Editor''s picks），并被美國物理學聯合會《科學之光》（AIP Scilight）期刊以Clarifying the surface dynamics of glass為題進行了專訪報道。

  玻璃材料是由過冷液體降溫至玻璃化轉變溫度（T_g）以下形成的非晶材料。玻璃材料的發展推動了人類文明的進步；大到航空航天，小到日常用品和納米芯片，玻璃材料已經滲透到人類社會的各個方面。表面作為與外界環境直接接觸的媒介，對玻璃材料的摩擦、粘結、潤濕、吸附等性能起著重要作用。特別是納米器件性能和穩定性更是與表面分子或原子的性質直接相關。揭示玻璃表面分子動力學的基本規律，闡明其分子機制對于固體材料器件性能的調控與改善具有重要理論及現實意義。

  玻璃具有晶體相似密度，同時保留了類液體的無序結構，是一類典型的“擁擠”體系。玻璃內部的離子、原子、分子或鏈段受限于相鄰組分形成的“籠子”中，處于動力學凍結狀態。只有當溫度升高T_g以上，這種“籠蔽作用”被打破，分子運動被活化，從而進行較大尺度的協同運動。然而，對于表面附近的原子或分子，由于空氣一側分子間作用力缺失，分子或原子從“籠子”中釋放出來的能壘降低，使得表面分子具備更強的運動能力，造成玻璃表面分子T_g降低，擴散加快，流動性及塑性增強，在固體玻璃表面形成一層運動能力顯著強于本體的表面活性層。自1990年以來，玻璃表面獨特的動力學行為受到了凝聚態物理和材料科學界的關注，逐漸形成了“表面活性層（surface mobile layer）”科學概念。這一概念的基本科學內涵在于動力學受阻、硬而脆的玻璃材料表面區域并非處于玻璃態，而是存在一層納米厚度弛豫顯著加快的柔軟表面層。作為近三十年來凝聚態物理領域取得重要進展之一，“表面活性層”概念的提出和確立不僅改變了我們對玻璃性質的認知，也革新了玻璃材料的加工成型方式，拓寬了其應用領域。通過對表面層活性的精確調控可以有效改善器件穩定性、表面摩擦、低溫粘結及自愈合等性能。

  基于上述背景，該綜述聚焦于玻璃表面分子動力學的研究與進展，從表面活性層概念的發展歷史、表面分子動力學的表征方法、表面動力學基本特征及理論模型等方面進行了系統介紹，闡述了“表面活性層”新興概念在材料及加工領域的巨大應用價值，并對玻璃表面動力學的研究現狀及面臨的挑戰進行了總結和展望。

  浙江理工大學博士后田厚寬、博士生徐全印和張海洋為文章共同第一作者；浙江理工大學為第一完成單位。該工作得到了國家自然科學基金優秀青年基金和面上項目支持，在此表示感謝。

  論文信息:

  Houkuan Tian, Quanyin Xu, Haiyang Zhang, Rodney D. Priestley* and Biao Zuo*. Surface dynamics of glasses. Appl. Phys. Rev. 2022, 9, 011316.

  DOI: 10.1063/5.0083726

  論文鏈接：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0083726