玻璃材料表面性质是材料科学与凝聚态物理领域的核心问题之一。近年来的实验和模拟结果表明：玻璃材料表面并非处于刚性玻璃态，而是由一层数纳米厚度的动力学增强的柔性层所覆盖。这种纳米尺度柔性表面更新了对玻璃态材料的传统认知，促进我们重新审视材料摩擦、磨损、焊接和浸润等基本界面行为。然而，由于纳米尺度表征材料表面机械性能困难，导致表面力学行为及其微观起源仍不清晰。

  近年来，浙江理工大学左彪教授课题组发展了基于界面润湿力诱导形变测量材料表面力学与弛豫的方法；表征了纳米高分子薄膜的弹性-毛细转变行为（Macromolecules 2024, 21, 10112）、线性粘弹谱（Phys. Rev. Res. 2025, 7, 023226）和表面多尺度动力学（Macromolecules 2025, 18, 9747），发现了高分子链在界面限域环境中会形成独特的瞬时拓扑结构和伪缠结，导致高分子玻璃体表面出现瞬时橡胶态（Nature 2021, 596, 372），并应用于解释复合材料界面粘接和流变调控等方面（Nature Communications 2025, 16, 9870）。

  在本工作中（Macromolecules 2025, 24, 13125），他们进一步拓展这一方法，提出通过分析液滴润湿力诱导高分子表面产生“润湿脊”的轮廓来获得橡胶表面层厚度和弹性模量的方法；他们定义描述“润湿脊”形变特征的高度（h）和宽度（w）（图1），基于线性弹性理论模型（公式1），建立了w和h与高分子玻璃体柔性表面厚度（d_s）和弹性模量（G_e,s）的定量关系（公式2）；实现了玻璃态高分子表面弹性模量这一基本力学特性的测量。

图1. 液滴界面润湿力诱导高分子玻璃体橡胶表面层发生弹性形变示意图。

  如图2，利用 AFM测量表面润湿脊的形貌从而获得了其高度和宽度；将高度和宽度代入公式 2，即可获得高分子玻璃体橡胶表面层弹性模量和厚度。他们发现，在 T = T_g - 10K 下，聚苯乙烯类高分子玻璃表面层厚度为 2 ~ 5 nm，且橡胶表面层厚度随着侧基尺寸增大而增厚；聚叔丁基苯乙烯（PTBS）> 聚4-甲基苯乙烯（P4MS）> 聚苯乙烯（PS）。此外，由于界面伪缠结的作用，橡胶表面层的弹性模量高于由常规拓扑缠结所定义的橡胶平台模量的数值（图 2）。这一方法首次实现了对玻璃态高分子表面弹性模量的测定，并且发现了由于界面伪缠结引起的橡胶表面层模量增大、硬度提高的现象；为我们理解高分子表面力学提供新的视角。

图2. （a） 不同厚度的聚苯乙烯膜表面层弹性形变的三维形貌图；实线为线性弹性方程的拟合结果。（b）和（c） 分别为聚苯乙烯类高分子玻璃表面层厚度和弹性模量；G_e,bulk和G_e,s分别为本体材料和表面层的弹性模量。

  该工作以“Rubbery Surface Elasticity of Polymer Glasses”为题发表于Macromolecules期刊，相关成果图片被甄选为当期封面。浙江理工大学化学与化工学院博士生张海洋为第一作者，左彪教授为通讯作者，罗锦添博士为共同通讯作者。该工作受到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金的资助，在此表示感谢。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c02057

  课题组链接：https://zuogroup.zstu.edu.cn/index.htm