爲了製造有機和無機的摻合物料，異種材料之間的奈米級結合非常重要。在製作汽車輪胎時，爲了提高橡膠材料的性能，會添加二氧化矽奈米顆粒，同時爲了強化橡膠和二氧化矽之間的結合，還需添加偶聯劑。要了解這種偶聯劑如何發揮作用，就必須觀察不同材料之間的界面，但是傳統方法無法做到直接觀察。
利用中介子以及氫的自旋性質，研究人員揭示了橡膠材料和二氧化矽之間的結合狀態（供圖：日本原子力研究開發機構）
日本原子力研究開發機構物質科學研究中心/J-PARC中心的熊田高之研究主幹、山形大學的西辻祥太郎副教授、日本綜合科學研究機構的阿久津和宏副主任技師、三重大學的鳥飼直也教授、橫濱橡膠公司的網野直也理事、京都大學的竹中枝人教授等人組成的聯合研究團隊，透過利用自旋對比調變中介子反射率法，成功觀察到橡膠和二氧化矽奈米粒子界面上偶聯劑形成單分子層的現象。熊田研究主幹表示：「此次研究發現，樣品製備的方法會改變結合的方式。希望這一發現能夠改進矽烷偶合劑的選擇和製造工藝，以及推進各種摻合物料的開發。」該研究成果已經發表在期刊《The Journal of Physical Chemistry C》上。
自旋對比調變中介子反射率法是一種在照射中介子時，透過將材料中所含氫的自旋朝一個方向排列來識別多個界面上的反射，從而精確測定材料結構的方法。這一方法由原子力機構於2019年開發。
此次測量的樣品包括同時塗覆樣品和依次塗覆樣品兩種。同時塗覆樣品是在高速旋轉的硅基底層上塗覆橡膠材料（聚丁二烯）和矽烷偶合劑的混合溶液後，在120℃下進行熱處理而得到的。依次塗覆的樣品是將硅基底層浸透在矽烷偶合劑溶液中後，再旋轉塗布聚丁二烯溶液而得到的。
分析結果顯示，在同時塗覆樣品中，矽烷偶合劑的單矽烷基與硅基底層表層的二氧化矽形成了結合在一起的單分子層，而且位於矽烷偶合劑另一側的烷基與聚丁二烯鏈出現了相互滲透。相比之下，在依次塗覆樣品中，樣品冷卻時厚度爲20奈米的聚丁二烯層已經剝落，聚丁二烯鏈也出現了分離脫落。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：The Journal of Physical Chemistry Ｃ
論文：Interpenetration of Rubber and Silane Coupling Agent on an Inorganic Substrate Revealed by Spin-Contrast-Variation Neutron Reflectivity
DOI：doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c00963
