高分子非線性流變學是發(fā)展高效、節(jié)能高分子材料及其加工技術的學科基礎，可以為相關產(chǎn)業(yè)鏈的設計和調(diào)整提供理論指導。與短鏈高分子流體相比，纏結高分子流體(濃溶液或熔體)的應力松弛、黏度和質(zhì)心擴散等都受到高分子鏈纏結效應的影響。因此，近半個世紀以來，纏結效應成為了高分子流變學領域研究的前沿和焦點。
針對該體系，Doi和Edwards等基于單鏈平均場近似建立的“管子模型”(圖1)奠定了現(xiàn)代高分子流體非線性流變學的基礎，也標志著人類描述纏結高分子流體流變行為步入了分子流變學時代。雖然“管子模型”成功地推導出了幾乎所有物理量，描述了纏結高分子流體的近平衡態(tài)性質(zhì)乃至復雜的非線性流變學過程，并針對部分典型流變學現(xiàn)象進行了改進和完善，但是該模型并沒有從第一性原理上處理高分子鏈-鏈間的纏結相互作用，也很難解釋一些新的流變學現(xiàn)象，如約化松弛模量的重疊時間問題、宏觀流動現(xiàn)象、單軸拉伸后結構因子的演化行為。因此，纏結高分子流體流變學理論的發(fā)展與完善仍未停止，許多新的物理本質(zhì)還有待學者們更為深入地理解。
圖1 管子模型將作用在測試鏈上的復雜多鏈相互作用(a)簡化為一條光滑無勢壘的管道對原始鏈的限制作用(b)
雖然“管子模型”是高分子物理學中的基本模型，但是國內(nèi)并沒有專著深入討論該模型及相關的流變學問題。對此，中國科學院長春應用化學研究所安立佳研究員課題組在《高分子學報》2018年12期的綜述上，詳細介紹了：
(1) Doi-Edwards“管子模型”的基本概念、鏈松弛及擴散性質(zhì)等物理量，及本構方程的數(shù)學推導過程；
(2)“管子模型”修正效應(鏈長漲落效應、約束釋放效應和對流解約束釋放效應)的物理圖像及重要推論，及現(xiàn)階段最為完善的GLaMM理論及相關物理參數(shù)的意義；
(3)“管子模型”所面臨的挑戰(zhàn)。
最后，總結了“管子模型”的成功與不足之處，并對高分子非線性流變學領域的未來發(fā)展趨勢，以及面臨的機遇和挑戰(zhàn)進行了簡明扼要的展望。在描述快速大形變條件下纏結高分子流體的非線性流變行為時，人們不應忽略纏結點的破損和重組等問題，所以需要重新考慮“管子模型”的單鏈平均場假設，引入多鏈相互作用等，甚至需要建立分子流變學新的理論范式。值得指出的是，逐漸被邊緣化的“瞬態(tài)網(wǎng)絡模型”有可能再次成為學者們重點關注的對象。希望通過本綜述，可以加深我國讀者對“管子模型”的認識和理解，吸引更多的研究生和青年學者投身于纏結高分子流體流變學研究，為我國高分子流變學和高分子動力學的發(fā)展做出貢獻！
論文鏈接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2018.18172
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