我国学者研制出临界厚度塑料薄膜

　　

图 极薄聚乙烯加工。（a1）聚乙烯原料树脂。（a2）聚乙烯凝胶片。（a3）在挤出过程中，聚乙烯树脂及其溶剂的混合物被混匀、充分溶胀并解缠结。（b1）通过双轴拉伸制备的含溶剂的平方级聚乙烯极薄膜。（b2）一个34 cm²的聚乙烯极薄膜承载着一滴水。（c）使用台阶仪和原子力显微镜对极薄膜厚度进行交叉验证。（d）对极薄膜直接进行透射电子显微镜（TEM）观测。比例尺：50 nm。（e）低剂量-高清TEM对于极薄膜结晶结构进行观测。比例尺：5 nm。（f）聚乙烯薄膜达到近乎极限的超薄厚度。（g）工业上规模化生产的塑料薄膜最低厚度汇总。（h）实验室中超薄膜最大面积汇总

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52233002、52103042、22341304）等资助下，四川大学高分子科学与工程学院傅强教授团队在超薄高分子加工研究中取得进展，成功通过拉伸加工制备出临界厚度仅为12 nm的聚乙烯隔膜，这也是目前世界上最薄的自支撑高分子材料。相关研究成果以“通过多步拉伸技术规模化生产聚乙烯极薄膜（Scalable production of critically thin polyethylene films via multistep stretching）”为题，于2024年11月1日在线发表于《自然?化学工程》（Nature Chemical Engineering）杂志上，论文链接：https://doi.org/10.1038/s44286-024-00139-w。

　　在现代工业和日常生活中，塑料薄膜是使用最为广泛的材料之一。数十年来，研究人员一直致力于降低薄膜的厚度，以提高体积效率并减少材料消耗，从而符合人类社会可持续发展的目标。如果在不降低薄膜性能和应用效果的前提下，将其厚度减少90%，将大幅减少塑料的使用量。然而，在保持薄膜性能的同时，能将厚度极限降低到多少？在自支撑情况下，塑料薄膜的厚度临界值在哪里？

　　四川大学傅强教授团队长期专注于塑料制品定构加工与高性能化研究，通过加工新技术和方法调控塑料制品内部的多层次凝聚态，大幅提高制品的性能和功能。近期，团队向“最薄塑料薄膜”这一无人区进发。团队首先明确了其核心科学问题，即在超薄条件下，高分子的可加工性和热力学稳定性之间存在竞争关系。为解决这一矛盾，团队通过精确调控分子链缠结，确定了超薄聚乙烯材料的加工窗口。受食品工业的启发，团队参考“重庆荣昌铺盖面”（一道面皮既大又薄且味道鲜美的重庆特色美食汤面）制作过程中采用的“交替拉伸和松弛”的方法，开发出一种小幅度多步间歇拉伸加工技术（SAMIS），将拉伸薄膜的厚度推向极限，制备出厚度接近理论极限（12 nm）的塑料薄膜，这是目前为止报道的世界上最薄的塑料薄膜。聚乙烯极薄膜展现出一系列异于宏观状态下的新物理性质，如高机械强度（113.9 GPa/(g/cm³)）、异常的界面特性和接近1千万倍的长厚比。该研究为高性能极薄塑料薄膜的制备提供了理论基础和新方法，并在核聚变点火支持和薄型透气表皮传感器等前沿领域具有潜在应用价值。