高分子非晶超薄膜被广泛应用于新型有机功能材料，如触摸屏、有机太阳能电池、光刻掩膜、发光材料和表面自清洁材料等领域。普遍认为，高分子薄膜的结构和功能稳定性与其薄膜厚度方向上一维受限条件下的结构松弛行为密切相关：随着膜厚降低，薄膜松弛得更快，其稳定性会急剧下降，从而降低薄膜的使用寿命。关于这一行为的微观分子机理，1991年诺贝尔物理奖获得者de Gennes教授曾于2000年提出(EPJE 2, 201)，自由体积通过链滑移向表面的长程输运过程对高分子薄膜表面的高速结构松弛行为具有重要的意义。
      在国家自然科学基金委、科技部重大研究计划和教育部博士后基金的资助下，化学化工学院高分子系胡文兵教授指导博士后汤启云与比利时布鲁塞尔大学的Napolitano博士合作，采用动态蒙特卡洛分子模拟方法，对该结构松弛行为展开了系统的研究。
      他们对一系列不同链长的高分子薄膜的相对体积随时间的演化速率(如图1所示)进行比较观测，发现分子量较高的薄膜结构松弛速率随膜厚降低而增大的通常行为，在薄膜极薄时会出现反常(如图2所示)。此时薄膜随着膜厚降低反而松弛得更慢，这预示着高分子量的超薄膜有可能更为稳定。这种新的分子量效应被归因于超薄的膜上下表面之间距离很小，自由体积沿着链在上下表面之间的双向输运过程起着相互抵消的作用，其导致超薄膜内部的结构松弛速率反而变缓。
      这一特殊尺度的受限行为不仅证明了de Gennes教授提出的关于高分子表面结构松弛的重要分子机理，阐明了高分子在薄膜自立表面几个纳米厚度内的结构松弛行为与小分子有所不同，也揭示了高分子在极薄的膜中可能存在反常的结构松弛现象。后者对高分子超薄膜结构和功能稳定性的实际影响有待进一步的实验证明。论文“高分子量可减缓薄膜因超薄而加速的结构松弛行为”（Slowing down of accelerated structural relaxation in ultrathin polymer films）已由Physical Review Letters（112，148306）在线发表（http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.148306）。

图示1 （a）具有自立表面的超薄膜高分子体系的分子模拟快照；（b）厚度H=8的薄膜在淬冷到温度T=4.8时的相对体积V(t)/V(0)随时间的演化曲线及相应的松弛速率曲线。红色区域为我们观测的松弛速率取值范围。

图示2 淬冷到T=4.8时不同链长高分子薄膜的结构松弛速率随膜厚的变化曲线。（a）链长400个链单元；（b）链长100个链单元；（c）链长5个链单元。