Segmental Dynamics in the Strain-hardening Regime for Poly(methyl methacrylate) Glasses with and without Melt-stretching
通过使用光漂白技术，本研究揭示了熔融拉伸聚甲基丙烯酸甲酯玻璃表现出更显著的应变硬化，且其链段动力学比非拉伸对照组快约15%，同时两种体系在深应变硬化阶段均表现出显著的链段运动加速，这与先前的模拟结果一致。
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想象一个材料就像拥挤舞池的世界。在平静状态下，舞者（分子）紧密排列，移动缓慢并固定在原地。这就是科学家所说的“玻璃态”。但是，当你推挤这个拥挤的舞池时会发生什么呢？如果你推得太用力或太快，舞者可能会绊倒，而地板也会破碎。然而，有些材料拥有一种秘密超能力：当它们开始被拉伸并产生压力时，它们会突然变得更坚韧，拒绝破碎。这种现象被称为“应变硬化”。这就是为什么一段塑料可以被拉成一根长而细的丝而不折断的原因。
为了理解为什么会发生这种情况，科学家研究了这些舞者能够扭动和交换位置的速度快慢，这个概念被称为“链段动力学”。长期以来，科学界一直对当材料被拉伸进入其“超强韧”区域时，这些扭动会发生什么存在巨大争议。一些理论认为舞者会变得更慢、更僵硬，就像因恐惧而冻结的人一样。另一些基于计算机模拟的理论则猜测，他们实际上可能会跳得更快，通过加速起舞来应对压力。了解答案对于工程师设计出在掉落或拉伸时不会破碎的更好塑料至关重要。
在这项研究中，来自威斯康星大学麦迪逊分校的一个研究小组决定通过实时观察这些“舞者”来解决这场争论。他们使用了一种特殊的技巧，叫做“光漂白”，这就像是在一群发光的舞者身上照亮强光，使他们暂时隐形，然后计时需要多久他们才会重新亮起来并融入人群。他们测试了一种常见的塑料，即聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），这种材料常用于制作有机玻璃。他们对比了两组样本：一组是仅仅被快速冷却（淬火）的 PMMA，另一组是先在高温下被拉伸后冷却的（熔融拉伸）PM。熔融拉速组很特别，因为它以更强韧著称，并表现出更强的“应变硬化”效应。
研究人员拉伸这些塑料样本，直到它们被拉伸到远超断裂点的程度，进入“深度应变硬化”阶段。他们测量了在拉伸的不同阶段分子移动的速度快慢。他们的发现清晰且令人兴奋：分子实际上加快了速度！当塑料被深度拉伸时，与普通样本相比，熔融拉伸样本中的分子动力学加速了约 15%。即使对于普通样本，当它们达到 0.8 的真实拉伸度（意味着材料被拉伸到了原始长度的 180%）时，分子的移动速度也比塑料刚开始屈服时快了约 40%。
这一结果意义重大，因为它直接反驳了一个流行的理论，该理论预测分子在这一强韧阶段应该变慢并陷入停滞。相反，数据与表明分子通过加速起舞来消散拉伸能量的计算机模拟结果完美吻合。研究还表明，“更强韧”的熔融拉伸塑料不仅不易破碎，而且具有更显著的硬化效应，其分子运动速度也略快于非拉伸塑料。通过证明在这一关键阶段分子是加速而非减速，作者为构建更好的聚合物玻璃如何在极限拉伸下生存的分子理论提供了一个至关重要的拼图碎片。
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