本课题组博士研究生林元菲等结合X射线、扫描电镜和力学测试等手段，针对硬弹性聚丙烯薄膜研究了其初始非线性力学行为过程中的结构演化机理。相关研究工作发表与Polymer (10.1016/j.polymer.2018.06.009)杂志上。
本工作采用高时间分辨同步辐射X射线小角/宽角散射（SR SAXS/WAXD）原位研究40 °C下聚丙烯取向片晶循环拉伸过程中的结构演变过程，解释其形变不稳定性。研究发现屈服阶段出现了由片晶长周期计算的微观应变大于宏观应变的现象。根据能量守恒规律，额外的微观应变所需要的能量需要其他结构转变或者弹性能释放来提供。考虑到WAXD检测到的晶体结构变化很微弱，而且在保持宏观的弹性回复率高达90%以上的基础上，包括晶体在内的所有结构参数都基本可以恢复到初始值，排除了滑移和熔融再结晶作为主要形变方式的可能性，晶体以弹性形变为主。源于无定形区内tie链的不均匀分布，针对片晶簇的高取向特征，提出三相片层结构模型，包括片晶、片晶簇内无定形及片晶簇外无定形。其中片晶簇内tie链分布密度高，模量高，而片晶簇外则loop链和cilia链分布密度高，模量低。提出应力诱导的片晶间无定形相发生微相分离作为一种可逆的非平衡相转变，触发取向片晶簇体系的非线性力学行为。当应力达到临界值时可自发发生，可解释微观应变大于宏观应变的现象。应力诱导的微相分离对于硬弹性材料是有一定的普适性的，加深了对半晶高分子材料形变与相变的认识和理解。
以上研究工作得到国家自然科学基金（51633009，51325301，和51227801）的资助。
相关链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386118304956