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2009-2011 日本学术振兴会研究员

相容聚合物共混物和共聚物的动力学
  共混是最为简便有效提高聚合物性能的方法。 一些聚合物对由于弱相互吸引，可以达到分子尺度的相容。然而，由于聚合物的链状结构，聚合物各组份都存在于“自浓缩”的摩擦环境中从而部分继承其基体的动力学行为，使得聚合物共混体系成为一个动力学行为不均一的体系。当两组份基体的玻璃化转变温度差别很大的时候，不同组份在共混体系中会表现明显的动力学行为的差异 ：基体玻璃化转变温度高和低的组份会分别表现迟缓链和活泼链的行为。我们选择已知玻璃化转变温度差异最大的相容聚合物对作为模型体系，研究并发现了（1）浓度波动可以在高分子整链的尺度上作用：迟缓链的浓度波动会造成活泼链不均一的摩擦环境； （2） 不同力学行为组份在Kuhn链节和缠节链节尺度之间的协同运动；（3）活泼与迟缓的组份形成的双嵌段聚合物中，迟缓链段的运动在低温下被“冻结”，活泼链段会选择一种类似于星型链臂的方式松弛。这个发现让我们重新思考：教科书中常常提到的的“线性的自由分子链”和“支化的束缚分子链”是否定义严格，因为线性链在链段摩擦系数差异大的时候也会表现束缚链的动力学行为。这些细节的理解有助于聚合物共混体系的材料开发。

单离子导体的动力学
      目前，世界石油资源日渐匮乏，研发石油的替代能源成为当务之急。而开发新型替代能源的关键就是能量的储存和运输，以及开发安全、高效、高性价比的电池技术。电池的主要组成是电极和电解质。聚合物电解质由于具备优异的机械和加工性能，不仅安全性高而且价格便宜而成为科研热点。聚合物电解质有两大类：聚合物溶盐双离子导体和聚合物单离子导体。通常，双离子导体中只有一种离子是有效的导电离子（如锂电池电解质中的锂离子）。因此，将无效导电的离子以共价键方式固定到聚合物链上就可以形成有效选择导电离子的聚合物单离子导体。然而，目前开发的单离子导体的导电能力却达不到电池的使用标准。我们的研究主要侧重于单离子导体的导电性能、机械力学性能、及两者之间的关系。 一般说来，力学和导电性能是一对矛盾：提高力学性能往往导致导电性能的降低。然而，这对矛盾在分子尺度的机制还不是很清楚。经过研究我们发现，在聚氧化乙烯（PEO）单离子导体中，极性的阴阳离子对与非极性的聚合物基体由于相容性弱而形成微观聚集体。离子对“摆脱”微观聚集体的过程同时控制着分子链的力学松弛和离子的扩散。遵循这个机制，我们成功实现了通过单离子导体的导电行为预测其流变力学行为。

2008年以来，在Macromolecules（9篇），ACS Macro Letters（3篇）等高分子综合类期刊，和Journal of Rheology（1篇），Rheologica Acta（3篇）等流变学专业期刊上发表论文30篇，并参与一部专著的编写。

1. Chen, Q.; Wang, H.J.; Tunic, T.; Bao, N.; Liang, S.; and Colby, R.H.* Linear Viscoelasticity and Dielectric Spectroscopy of Ionomer/Plasticizer Mixtures: a Transition from Ionomer to Polyelectrolyte. Macromolecules 2015, 48, 8240.

2. Liang, S.; Chen, Q. (共同一作); Choi, U.H.; Bartels, J.; Bao, N.; Runt, J.; Colby, R.H.* Plasticizing Li single-ion conductors with low- volatility siloxane copolymers and oligomers containing ethylene oxide and cyclic carbonates. Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3, 21269.

3. Chen, Q.*; Huang, C.; Weiss R.A.; and Colby, R.H. Viscoelasticity of Reversible Gelation for Ionomers. Macromolecules 2015, 48, 1221.

4. Chen, Q.; Gong, S.S.(共同一作); Moll, J.; Zhao, D.; Colby, R.H.*; Kumar S.K. Mechanical Reinforcement of Polymer Nanocomposites from Percolation of a Nanoparticle Network. ACS Macro Letters 2015, 4, 398.

5. Chen, Q.; Masser, H.; Shiau, H.S.; Liang S.; Runt, J.; Painter P.C.; and Colby, R.H.* Linear Viscoelasticity and Fourier Transform Infrared Spectroscopy of Polyether-Ester-Sulfonate Copolymer Ionomers. Macromolecules 2014, 47, 3635.

6. Chen, Q.*; Uneyama, T Linear Viscoelasticity of Unentangled Corona Blocks and Star Arms. Rheologica Acta 2014, 53, 701.

7. Gong, S.S.; Chen, Q. (共同一作); Moll, J.; Kumar S.K.; Colby, R.H.* Segmental Dynamics of Polymer Melts with Spherical Nanoparticles. ACS Macro Letters 2014, 3, 773.

8. Chen, Q.; Liang, S. (共同一作); Shiau, H.; and Colby, R.H.* Linear Viscoelastic and Dielectric Properties of Phosphonium Siloxane Ionomers. ACS Macro Letters 2013, 2, 970.

9. Chen, Q.; Gregory, J.T.; and Colby, R.H.* Ionomer Dynamics and the Sticky Rouse Model. Journal of Rheology, 2013, 57, 1441.（基于2013美国流变学会最高奖宾汉奖获奖报告）

10. Chen, Q.; Matsumiya, Y.; Iwamoto, T. Nishida, K.; Kanaya, T.; Watanabe, H.*; Takano, A.; Matsuoka, K.; and Matsushita, Y. Dielectric Behavior of Guest cis-Polyisoprene Confined in Spherical Microdomain of Triblock Copolymer. Macromolecules 2012, 45, 2809.

11. Chen, Q.* Creep Dynamics in Non-entangled Miscible Polymer Blends and Block Copolymers. Rheologica Acta 2012, 51, 569. 

12.Chen, Q.* Conformational Evolution Under Steady Shear Flow: a Comparison Between Cyclic and Linear Block Copolymers. Rheologica Acta 2012, 51, 343. 

13.Chen, Q.; Matsumiya, Y.; Masubuchi, Y.; Watanabe, H.*; and Inoue, T. Dynamics of Polyisoprene-Poly(p-tert-butyl styrene) Diblock Copolymer in Disordered State. Macromolecules 2011, 44, 1585.

14. Watanabe, H.*; Chen, Q.; Kawasaki, Y.; Matsumiya, Y.; Inoue, T.; and Urakawa, O. Entanglement Dynamics in Miscible Polyisoprene/Poly(p-tert-butyl styrene) Blends. Macromolecules 2011, 44, 1570-1584. 

15.Chen, Q.; Matsumiya, Y.; Masubuchi, Y.; Watanabe, H.*; and Inoue, T. Component Dynamics in Polyisoprene/Poly(4-tert-butylstyrene) Miscible Blends. Macromolecules 2008, 41, 8694.

专著

Watanabe, H.; Matsumiya, Y.; Chen, Q.; and Yu, W. Rheological Characterization of Polymeric Liquids.  Comprehensive Polymer Science, 2nd Ed., 由Martin M？ller 和Krzysztof Matyjaszewski 主持编写, Elsevier, Oxford, UK, 2012.