近日，比利時布魯塞爾自由大學Simone Napolitano教授團隊在非平衡態高分子液體動力學機制方面取得重要進展。該研究成果以“Fast equilibration mechanisms in disordered materials mediated by slow liquid dynamics”為題發表在Science Advances上。布魯塞爾自由大學博士生宋子健和博士后Cristian Rodríguez-Tinoco 為論文共同第一作者，Simone Napolitano教授為論文通訊作者。該團隊提出了一種新型高分子運動形式，并命名為SAP（Arrhenius慢弛豫過程）。
當一個系統的性能不隨時間變化時，我們通常認為該系統處于平衡狀態。然而，經驗告訴我們，這種情況在自然界中很少極其罕見。無論從花蕾到花朵再到果實的轉變，還是行星表面板塊的重新排列，甚至人的一生中整個身體都只是眾多遠離平衡態的系統中的一小部分。隨著時間的推移，這些系統努力去追尋平衡，這意味著他們重新排列并適應環境以達到能量最低的狀態。
近一個世紀以來，我們了解到的宏觀現象的平衡（比如在牽引時伸長的彈性繩索，或者從冰箱中取出冰塊隨即融化）需要分子的微觀運動。通過提高溫度，加快分子運動，可以短時間內使系統更容易達到平衡態。這一基本原理反映了物理學之美，并具有很深遠的意義。
這類似于我們開車時發生的事情。想象在空曠的道路上（高溫），我們可以隨心所欲的開車；但是在交通擁擠期間（低溫），我們會堵車，直到周圍的車輛一起緩慢移動才會得以解決。幾十年來，人們只考慮結構移動的這種運動來描述液體動力學。
該工作回答了尚未解決的液體動力學的相關問題。其他國家的團隊已經報道過該液體平衡方式但均未給出合理解釋。Simone Napolitano 教授團隊驗證了不同類型高材料均選擇SAP來降低其內能。重要的是，系統在任何溫度下都遵循SAP平衡規律。雖然高分子在冷卻過程中結構弛豫較慢，但在低溫時，當液體變得粘稠幾乎像固體一樣時，新機制會超越舊機制，也就是SAP會超越結構弛豫。踏實和穩重是贏得比賽的關鍵！由于其獨特的特性，在結構過程需要無限長的情況下，SAP可以在合理的時間內（幾天，幾個月）簡化材料的平衡。
SAP過程類似于騎自行車的外賣騎手：在正常情況下他們可能比汽車慢，但是在交通擁擠時，他們可以很快的為大家送上熱飯熱菜。
了解該SAP過程具有重要的意義。在新型材料的設計及加工過程中，可以通過在保持結構不變的同時來實現性能的調控，就像SAP過程。此外，由于大多數原材料和加工過的無定形材料都是在低溫下儲存的，因此這些系統的儲存時間會受到該團隊發現的新平衡機制的顯著影響。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm7154
課題組簡介：
Simone Napolitano, 比利時法語布魯塞爾自由大學理學院教授，軟物質與熱物理研究團隊負責人，高分子與軟物質動力學實驗室主任，國際介電學委員會委員。研究方向為納米限域高分子結構與動力學，不可逆吸附理論，非平衡態物理等；在Science, Science Advance, Nature Communications, Physical Review Letters, ACS Central Science, Macromolecules, ACS Central Science等期刊發表論文70余篇，h指數35，曾榮獲國際介電學“德拜獎”。實驗室網址：https://dynamics.ulb.be聯系方式：simone.napolitano@ulb.be
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