四川大学科学技术发展研究院11月14日讯：高分子加工学一直在向自然和其他行业学习。比如，溶液纺丝从蜘蛛吐丝中获取灵感，中空纤维成型向吹制玻璃学习等。最近，学院傅强教授团队从食品工业中获得启发——参考学习荣昌铺盖面（是一道面皮既大又薄、味道鲜美的特色美食）的制作过程，提出了一整套创新的塑料薄膜加工技术。该技术可以将聚乙烯拉伸加工至它的极限厚度附近，即12纳米左右，并保持平方米级别的面积，同时还具有高度的自支撑性能和可观的力学强度。这是目前已报道最薄的塑料材料形态，标志着高分子加工学在超薄尺度内的一个重要进展。

在现代工业和日常生活中，塑料薄膜是使用最广泛的材料之一。数十年来，研究人员一直致力于减少薄膜的厚度，以提高体积效率并减少材料消耗，这符合我们社会的可持续发展目标。想象一下，如果能在不牺牲最终性能和应用的情况下，将薄膜厚度减少90%，这将直接导致塑料消耗减少90%。问题是：在保持薄膜性能的同时，我们能将厚度减少最低多少？自支撑情况下高分子薄膜的厚度临界点在哪里？本工作即尝试回答这些重要的科学问题。

图1. 为拉伸加工出临界薄度的高分子膜材料，需要全链条式的整体创新

在本研究中，研究团队阐明了高分子薄膜临界厚度加工的根本挑战在于：稳定性与可加工性之间的矛盾。为了解决这一问题，团队首先通过精确调控分子链缠结，确定了超薄聚乙烯加工窗口。随后，开发了一种小幅度多步间歇拉伸加工技术（SAMIS），将拉伸打薄推向极限。综合这两项创新，团队在聚乙烯极薄膜规模化加工方面取得了突破：最终制备的薄膜厚度达到了12纳米，接近塑料拉伸加工的极限。并且发现了E-PE的一系列独特物理特性，包括异常的界面行为以及卓越的机械强度（拉伸模量达70.4±25.0 GPa）和极高的长径比（10^8）。这些特性表明，极薄膜是聚乙烯乃至塑料的一种临界状态，明显区别于传统塑料。这些独特性质使得E-PE可应用于多个前沿场景。本研究为极薄高分子的生产提供了理论基础和实验方法，并为其他高性能塑料材料的薄膜加工提供了参考。

论文于2024年11月发表在Nature Chemical Engineering上，通讯作者为四川大学高分子科学与工程学院傅强教授，第一作者为四川大学高分子科学与工程学院特聘副研究员李润莱和博士研究生王梓睿。（本刊有删节）详情见四川大学官网

Li, R., Wang, Z., Sun, W. et al. Scalable production of critically thin polyethylene films via multistep stretching. Nat Chem Eng (2024).

https://doi.org/10.1038/s44286-024-00139-w