近日，中国科学技术大学国家同步辐射实验室陈亮博士与李良彬研究员课题组合作利用合肥光源和北京光源的X射线三维成像技术，以天然橡胶碳黑填充体系为样品，对碳黑填料网络在应变作用下对橡胶基体补强和能量耗散机制进行研究，相关工作发表在近期的Macromolecules（2015，48(21)，7923-7928）。
天然橡胶具有优异的力学性能，在一些特殊领域如飞机、重型卡车轮胎等方面具有不可替代的应用，是一种重要的战略资源。但天然橡胶在使用过程中往往需要添加碳黑等纳米粒子进行补强。研究表明，纳米填料加入后，与橡胶基体发生作用形成填料网络，并在应变作用下发生断裂、滑移等形变，进而耗散加载在体系上的能量，实现补强。但受研究手段的限制，无法获得填料网络在应变作用下断裂和滑移与应变关系的直接证据，对碳黑补强和能量耗散的关系研究主要还停留在定性描述阶段。
针对上述问题，课题组利用X射线三维成像技术，对不同应变下复合体系中碳黑的结构变化进行成像，并根据碳黑在橡胶基体中的分布，构建填料网络，对不同应变下填料网络的形变和其对体系能量耗散的贡献进行定量化计算，初步揭示了在不同应变下碳黑网络形变对体系能量耗散贡献与应力应变的关系。审稿人认为该研究思路和方案新颖，实验数据详实，不仅为理解碳黑补强的物理机制提供了实验依据，也为高分子纳米填料复合体系中结构和性能关系的研究提供了新的有效手段。
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。
