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博士生馮盛堯等在李良彬研究員、陳威副研究員和郭航博後的指導下在Macromolecules上發表題為Strain-Rate-Dependent Phase Transition Mechanism in Polybutene-1 during Uniaxial Stretching: From Quasi-Static to Dynamic Loading Conditions的專題文章。
該工作利用同步輻射X射線寬角衍射技術和自製的高速拉伸裝置原位跟蹤僅由晶型II組成的PB-1薄膜在0.005到100 s-1應變速率（）內從晶型 II到晶型 I相變過程中的相變路徑和物理機製。根據實驗結果建立如圖1所示的不同應變速率區域相變物理模型。在區域A（0.005 s-1 < < 0.5 s-1），加載過程是準靜態的，晶型II發生了彈性形變，在屈服點之後，晶型II向晶型I轉變，這一轉變被認為是通過鏈的構象變化和平移運動協同激活的。在這個速率區，長鏈有足夠的時間進行構象的調整，所以隻發生了固固轉變，幾乎所有晶型II在拉伸結束後都轉變為晶型I。同時，晶型II和晶型I晶體沿c軸拉伸，由於泊鬆效應，沿a/b方向收縮，這種形變模式被稱為“晶格彈性伸長”。在區域B（1 s-1 < < 10 s-1），構象缺陷生長模式和晶格彈性伸長模式相互競爭。屈服點之後，少量晶型II晶體沿a/b軸伸長，沿c軸塌縮。極快的拉伸過程在短時間內將機械功輸入，長鏈來不及響應，鏈的局部構象遠離其平衡狀態，導致晶格構象紊亂。隨著拉伸的進行，晶相中的鏈逐漸無序化，含有高構象缺陷的晶格隨著應力的增加容易熔化。在此區域中大部分晶型II仍轉變為晶型I，最終穩定的晶型I和少量有構象缺陷的晶型II共存。在區域C（> 50 s-1），晶型II晶格的形變模式主要是構象缺陷的生長。隨著拉伸的進行，大部分晶型II晶體趨於熔化，隻有少數向晶型I發生相轉變。然而，由於機械能的超高速輸入，晶型I晶體中也出現構象缺陷，在硬化點之後這些晶體傾向於熔融。在樣品斷裂前，總結晶度很低，殘留的晶體晶型II和晶型I都含有構象缺陷。
總的來說，晶格的形變模式直接歸因於施加的應變速率，而應變速率的不同則是導致能量輸入的速率也不相同。動態加載能在短時間內產生高能量，使鏈構象紊亂，進一步導致初始的完美的晶體結構出現缺陷，變為無定形的前驅體，最終發生熔融。
該項工作得到國家重點研發計劃（2018YFB0704200），國家自然科學基金（51633009，51903091，51790503）的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.1c02561