众所周知，绝大多数金属和无机非金属材料(如钢铁、石英等)能够承受较高的温度。相比之下，高分子材料的使用温度范围就窄得多。此外，高分子材料的性能在转变温度附近会发生突变，如熔点（T_m）和玻璃化转变温度（T_g），这进一步限制了高分子材料的应用。毫无疑问，高分子材料的宏观性能与单链力学之间存在着紧密联系，但两者之间的关联目前尚不明确。对单链力学进行深度的探究是更好理解宏观高分子材料性能的必由之路。然而，在单分子尺度上仍不清楚温度是如何影响高分子的。目前，对温度如何影响宏观高分子性能缺乏底层的理解。因此，亟需研究温度对高分子单链力学的影响。

  线型PDMS在室温下以粘性流体的形式存在，这源于其极低的T_m（T_f）和T_g。当环境温度从室温逐步降低到PDMS的T_g以下，PDMS会从粘流态最终转变为玻璃态。然而，尚不清楚上述这些宏观物体状态的转变能否在单分子层次观察到对应的变化。为了探究PDMS在转变温度附近的单链力学的变化，研究者在153-300 K温度范围内的真空环境中对单根PDMS链进行了力学观测。

图2. PDMS（a,b）、PMMA（c）和POM（d）在153-300 K温度范围内的实验曲线。

  上述实验现象可以归结为以下两种情况:（1）高分子材料的玻璃化转变（或结晶熔融）更多依赖于链间相互作用，因此宏观高分子材料的T_g（或T_m）不适用于单分子；（2）共价键（如C-O和Si-O）内旋转的势垒足够低，以至于在低温下依旧能够依靠热运动越过势垒并在AFM的时间尺度下达到平衡态，即在153 K的低温条件下C-O和Si-O等共价单键仍然可以自由旋转。

  综上，本研究首次在跨越T_m（T_f）和T_g的较宽温度范围探测了高分子的单链力学。单根高分子链的力学性质在相当宽的温度范围内（153 K - 300 K）展现出稳定性，这与宏观高分子材料性能在跨越T_m（T_f）和T_g时的较大变化形成了强烈反差。这一结果表明，宏观高分子材料的性能不仅仅来源于单链性质，还更多依赖于链间作用。

  论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.2c02524