近日，清華大學化工系徐軍副教授應(yīng)邀在《Polymer Crystallization》雜志上發(fā)表了題為“Secondary nucleation in polymer crystallization: A kinetic view”的綜述文章，為TOC所繪的漫畫圖片“不甘躺平-結(jié)晶之路”被選為期刊封面。聚合物分子如何找到通往結(jié)晶成核的正確途徑？這是一個艱難的旅程。如圖1所示，聚合物分子嘗試了各種可能的路徑來到達目的地，前仆后繼，但最快同時也是熱力學穩(wěn)定（自由能下降）的路徑將最終勝出，捷足先登。
圖1 “不甘躺平-結(jié)晶之路”漫畫被用作雜志的封面圖片
晶體表面的次級成核在聚合物結(jié)晶過程中起著至關(guān)重要的作用，它決定了晶體生長前沿的片晶厚度和球晶的徑向生長速率。在過去的幾十年里，人們對次級成核進行了深入的研究，但是對其分子機制和動力學的理解還不全面。
本綜述文章首先簡要回顧了聚合物結(jié)晶次級成核的主要研究進展，總結(jié)了主要的結(jié)晶理論模型，討論了影響柔性聚合物分子鏈在晶體生長前沿次級成核時的熱力學和動力學因素，并從動力學角度討論了一些遺留問題。通過對動力學進行分析，揭示了聚合物分子鏈成核與小分子晶體成核的區(qū)別。由于結(jié)晶單元間的共價鍵連接，如果最小穩(wěn)定核由一根高分子鏈上的單元結(jié)晶而成，那么其成核速率將由最小穩(wěn)定核而不是臨界核決定。
然后，文章討論了導(dǎo)致形成最終聚合物晶體結(jié)構(gòu)的各種微觀動力學過程之間的相互競爭（圖2），如吸附與脫附、片晶增厚與增寬、鏈內(nèi)成核與鏈間成核、次級成核與側(cè)向鋪展、次級成核與主成核、多晶型聚合物晶體的成核等。
圖2 高分子結(jié)晶過程中幾種動力學過程的競爭
最后，文章列舉了一些目前仍未解決的問題，并對未來次級成核的研究進行了展望。發(fā)展聚合物結(jié)晶動力學理論時需要考慮其中涉及的多種微觀過程，并與不同長度、時間尺度的新實驗證據(jù)相結(jié)合，將有助于加深我們對聚合物分子結(jié)晶過程的理解。
本綜述文章的第一作者為張淑景博士，通訊作者為徐軍副教授，期刊封面的漫畫圖片由在讀博士生汪志琦繪制。該研究工作得到了國家自然科學基金項目（No. 21873054，21861132018，U1862205）、國家重點研發(fā)計劃項目（No. 2017YFB0309301）和清華大學科研項目（No. 20194180048）的資助。
論文信息：Shujing Zhang, Zhiqi Wang, Baohua Guo, Jun Xu*. Secondary nucleation in polymer crystallization: A kinetic view. Polymer Crystallization, 2021, 4, e10173.
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/pcr2.10173
