浙江理工大学化学系，浙江省高分子表界面科学重点实验室左彪教授与普林斯顿大学Priestley教授合作在国际物理领域知名期刊《应用物理评论》（Applied Physics Reviews）发表了题为“Surface Dynamics of Glasses”的综述文章，对近三十年来玻璃材料表面分子动力学研究成果进行了总结和展望。该论文被甑选为APR亮点论文（Featured / Editor''s picks），并被美国物理学联合会《科学之光》（AIP Scilight）期刊以Clarifying the surface dynamics of glass为题进行了专访报道。

  玻璃材料是由过冷液体降温至玻璃化转变温度（T_g）以下形成的非晶材料。玻璃材料的发展推动了人类文明的进步；大到航空航天，小到日常用品和纳米芯片，玻璃材料已经渗透到人类社会的各个方面。表面作为与外界环境直接接触的媒介，对玻璃材料的摩擦、粘结、润湿、吸附等性能起着重要作用。特别是纳米器件性能和稳定性更是与表面分子或原子的性质直接相关。揭示玻璃表面分子动力学的基本规律，阐明其分子机制对于固体材料器件性能的调控与改善具有重要理论及现实意义。

  玻璃具有晶体相似密度，同时保留了类液体的无序结构，是一类典型的“拥挤”体系。玻璃内部的离子、原子、分子或链段受限于相邻组分形成的“笼子”中，处于动力学冻结状态。只有当温度升高T_g以上，这种“笼蔽作用”被打破，分子运动被活化，从而进行较大尺度的协同运动。然而，对于表面附近的原子或分子，由于空气一侧分子间作用力缺失，分子或原子从“笼子”中释放出来的能垒降低，使得表面分子具备更强的运动能力，造成玻璃表面分子T_g降低，扩散加快，流动性及塑性增强，在固体玻璃表面形成一层运动能力显著强于本体的表面活性层。自1990年以来，玻璃表面独特的动力学行为受到了凝聚态物理和材料科学界的关注，逐渐形成了“表面活性层（surface mobile layer）”科学概念。这一概念的基本科学内涵在于动力学受阻、硬而脆的玻璃材料表面区域并非处于玻璃态，而是存在一层纳米厚度弛豫显著加快的柔软表面层。作为近三十年来凝聚态物理领域取得重要进展之一，“表面活性层”概念的提出和确立不仅改变了我们对玻璃性质的认知，也革新了玻璃材料的加工成型方式，拓宽了其应用领域。通过对表面层活性的精确调控可以有效改善器件稳定性、表面摩擦、低温粘结及自愈合等性能。

  基于上述背景，该综述聚焦于玻璃表面分子动力学的研究与进展，从表面活性层概念的发展历史、表面分子动力学的表征方法、表面动力学基本特征及理论模型等方面进行了系统介绍，阐述了“表面活性层”新兴概念在材料及加工领域的巨大应用价值，并对玻璃表面动力学的研究现状及面临的挑战进行了总结和展望。

  浙江理工大学博士后田厚宽、博士生徐全印和张海洋为文章共同第一作者；浙江理工大学为第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金优秀青年基金和面上项目支持，在此表示感谢。

  论文信息:

  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

  论文链接：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0083726