我室李良彬研究员和近代力学系梁海弋教授等合作，结合自制的微型拉伸装置和同步辐射微聚焦X射线衍射技术研究了天然橡胶的结晶自增强机理。相关研究工作发表于近期的Scientific Reports. 2014, 4, 7502。
天然橡胶的综合性能优于目前所有的合成橡胶，在一些特殊环境如飞机轮胎、重型装备减震等方面具有不可替代的作用。由于天然橡胶来自于只能生长于热带雨林气候环境橡胶树，受地域和气候影响大，世界各国把天然橡胶都列为战略物质。而如何模仿自然，合成与天然橡胶性能媲美的合成橡胶一直是各国追寻的目标。模仿自然首先需要认识天然橡胶优异性能背后的微观机制。应变诱导结晶是天然橡胶独特的性能，可能是其优异力学性能的结构缘由之一。传统结晶自增强机理认为橡胶在拉伸过程中发生应变诱导结晶，形成的晶体在本体中扮演了物理填充和交联点的角色，增加了橡胶的模量和强度。但这一模型还不能完全解释天然橡胶优异的抗缺口扩张能力。
针对上述问题，研究人员结合研制的微型拉伸装置和同步辐射微聚焦X射线扫描技术，获得了天然橡胶在不同应变下缺口周围二维结晶度分布(图1)，发现存在软硬交替的双网络结构。理论分析显示相对于结晶度均匀分布的体系，双网络结构可以避免缺口周围的应力集中，增加材料的韧性。定量计算发现在应变5.5时断裂能增强系数增幅达3个数量级。这一工作揭示天然橡胶自增强源于分子熵弹性、纳米尺度结晶相变焓弹性和微米尺度软硬双网络多尺度协同效应。 审稿人认为该研究思想新颖，实验证据充足，对于揭示天然橡胶结晶自增强机理具有重要的意义。
以上研究工作得到国家自然科学基金、科技部“973”项目等基金的资助。
