基于具有超快时间分辨，高通量，从埃量级到微米量级的全尺度结构表征的上海同步辐射光源二期工程BL10U1线站在材料原位微结构演变表征上的独特优势，能够为国家战略高性能材料提供最先进的微结构原位演变机理研究表征手段。近日，线站in-house研究在轴拉伸超高分子量聚乙烯（UHMWPE）膜的应力场下的微结构动态演化机制，取得了一系列的研究成果。

双轴拉伸UHMWPE膜因其卓越的机械性能、耐磨性和化学稳定性，在防护材料、生物医用材料及柔性电子器件领域占据重要地位。作为一种典型半结晶高分子，其宏观性能与微观结构演变密切相关。然而，受限于缺乏具有时间分辨的高通量表征方法，对于其加工和实际使用场景中应力作用下的双轴拉伸UHMWPE膜微结构的动态响应机制长期缺乏系统性研究。

受益于具有时间分辨，高通量表征的上海同步辐射光源二期工程BL10U1线站投入运行，中国科学院上海高等研究院上海光源科学中心联合深圳大学低维材料基因工程研究院，联合设计了适用于高性能材料的多物理场耦合原位表征装置。实验首次完整原位跟踪了双轴拉伸UHMWPE膜从弹性阶段至断裂的全过程微结构演变。研究组利用BL10U1工业站时间分辨小角/广角联用技术，在一次完整的原位实验中，同时监测了UHMWPE双轴拉伸膜在应力场作用下的非稳定结晶相和长周期结构演变过程。基于时间分辨广角散射结果，实验首次观测到仅存在应力场下的应力稳定态结晶结构及其演变过程，并通过第一性原理计算解析，尝试给出了其可能的应力稳定态结晶相晶相参数。相关研究发表于《ACS Macro Letters》。另一方面，基于时间分辨小角散射结果，揭示了双轴拉伸UHMWPE膜的长周期结构债应力场下呈现独特的四阶段演变模式：从各向同性的弥散散射，逐步演化为取向椭球模式，再经纤维晶主导阶段，最终形成具有"蝴蝶散射"特征的层状重组结构，并提出了可能的演变机制模式。该部分研究进一步发表于Nature子刊《Communications Materials》上。

图1：同步辐射时间分辨广角（a）/小角（b）散射联用技术揭示的UHMWPE双轴拉伸膜在应力场下的微结构演变过程

本研究在UHMWPE微结构动态演化领域取得系统性进展，突破了复杂应力条件下高分子材料微观表征的技术难题。通过创新的原位表征技术，首次捕捉到双轴拉伸过程中UHMWPE微结构的动态演变过程，为调控UHMWPE材料力学性能提供了新思路，有望为新一代防护、生物医用材料的设计、加工及实际使用场景的模拟提供了新的研究视角和研究范式。

系列工作均在上海同步辐射光源二期工程BL10U1线站上完成，最新论文的第一作者为上海高等研究院上海光源科学中心BL10U1线站张昊助理研究员，蛋白质中心谢鑫成助理工程师；通讯作者为上海高等研究院上海光源科学中心的李秀宏研究员、田丰研究员，以及深圳大学的徐坚教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s43246-025-00764-9

https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.3c00462