《Polymer》：In Situ Small-Angle Scattering Unravels Microstructural Origins of Temperature-Dependent Mechanical Behavior in Fluorocopolymer F2314
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氟化共聚物F2314在单轴拉伸中的力学性能与微结构演变规律研究，通过原位小角散射与力学测试结合，揭示了温度调控下多尺度微相结构（玻璃态、橡胶态、晶态）的协同演化机制，导致材料呈现线性弹性、屈服软化、初始硬化及最终硬化四阶段力学响应，其中微域重组主导应变硬化效应。
黄瑞|张明科|罗翔|张妍|黄博川|宋英泽|刘东|宋坤
材料与化学学院，环境友好能源材料国家重点实验室，西南科技大学，中国绵阳621010
摘要
我们通过将原位小角散射（SAS）与力学测试相结合，系统研究了氟化共聚物F2314在单轴拉伸下不同温度下的力学性能与微观结构演变之间的相关性。结果表明，温度通过调节微观相结构来主导力学响应。具体来说，在低温下，玻璃态区域赋予材料高强度和硬度，这对于严苛的低温工程应用至关重要。随着温度的升高，形成了分层的相分离结构（橡胶态、玻璃态、结晶态区域），导致拉伸响应呈现出四个连续阶段：线性弹性（I）、首次屈服和应变软化（II）、初始硬化及第二次屈服（III）以及最终硬化（IV）。微观区域的非同步失效引发了多次屈服事件，而在高温下，橡胶态区域的变形主导了响应。同时，微观机制随应变的变化而变化：在初始拉伸阶段，非晶区域占主导地位；而在后期阶段，则由结晶区域和非晶区域的协同演变共同控制。关键在于，微观区域的重新排列是应变硬化的关键驱动力。本研究阐明了温度通过控制氟化共聚物的分层微观相结构来调控其宏观力学性能的内在机制。这一理解为F2314等材料在可变温度条件下的结构设计和工程应用提供了理论基础。
章节摘录
引言
氟化热塑性弹性体（F-TPEs）是一类具有典型微观相分离结构的氟化共聚物。通过精确的分子设计策略，氟原子被特异性地引入热塑性弹性体（TPEs）的分子主链中。这种结构设计使F-TPEs结合了两种材料类别的核心优势。一方面，氟原子的高电负性和低
样品制备
在本研究中，选择了由氟乙烯（VDF）和三氟氯乙烯（CTFE）组成的随机共聚物F2314作为研究对象，其VDF与CTFE的摩尔比为1:4。该共聚物的数均分子量（Mn）为2.47 × 10^5 g·mol^-1，重均分子量（Mw）为6.28 × 10^5 g·mol^-1，多分散指数（Mw/Mn）为2.54。为了制备拉伸试样，首先将F2314粉末在180°C下预热20分钟。
SAS数据分析
图1展示了小角散射（SAS）的实验布局图。散射强度由二维探测器检测，散射矢量的大小表示为q = 4πsinθ/λ_X/n，其中2θ是散射角，λ_X/n是X射线/中子的波长。首先，我们通过方位角积分从样品的二维散射图中提取了一维SAXS和SANS数据，随后分析了I(q)的相干散射组分，并进行了综合分析
结果与讨论
在本节中，我们首先使用SAXS、WAXS和SANS测量方法研究了F2314样品在室温下的静态（初始）结构，然后比较分析了F2314在不同测试温度下的力学行为。最后，我们讨论了样品在典型温度下的结构演变与力学响应之间的关联机制。
结论
总之，本研究结合了SAXS、SANS和单轴拉伸测试，系统研究了温度对氟化共聚物F2314力学行为的影响。主要发现总结在图11中。结果表明，温度在力学响应中起着决定性作用，其背后的机制源于其对微观相分离结构中各组分动态状态的调控，从而控制了材料的力学性能
CRediT作者贡献声明
刘东：撰写——审稿与编辑、资源准备、方法论、研究设计、资金获取、概念构思。宋英泽：撰写——审稿与编辑、资源准备。宋坤：撰写——审稿与编辑、软件使用、方法论、研究设计、资金获取、数据管理、概念构思。张明科：研究设计、数据管理。黄瑞：撰写——初稿撰写、数据可视化、研究设计、数据管理。罗翔：研究设计、数据管理。黄博川：研究设计利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：12505348、12275248、U21A2090）、中国原子能科学研究院的创新与发展基金（项目编号：CXKS20240052）、国家中子科学技术重点实验室支持的项目（项目编号：NST20250202、NST20250305）、中国原子能科学研究院院长基金（项目编号：YZJJZC2022002）、中国国家重点研发计划（项目编号：2021YFA1600904）以及中央对地方科技工作的指导的支持。
