當(dāng)前在材料科學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的復(fù)雜問(wèn)題之一是定量理解材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和分布。其應(yīng)用領(lǐng)域包括保健藥物設(shè)計(jì)、礦物提取、CO2和H2存儲(chǔ)、復(fù)合材料自我修復(fù)等。最近澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織與英國(guó)-曼切斯特大學(xué)及上海光源X射線成像及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用線站（BL13W1）合作，在定量表征分析聚合物涂層中的復(fù)雜分形結(jié)構(gòu)方面取得了新進(jìn)展，相關(guān)成果Revelation of intertwining organic and inorganic fractal structures in polymer coatings 已發(fā)表在Advanced Materials 26 (9 July 2014) pp4504-4508. DOI: 10.1002/adma.201400561上。
科研人員通過(guò)同步輻射X射線顯微CT與掃描電鏡及超薄切片等技術(shù)的結(jié)合，對(duì)由環(huán)氧聚合物基質(zhì)和鉻酸鍶（SrCrO4）組成的材料系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，研究了聚合物中微米量級(jí)的無(wú)機(jī)粒子點(diǎn)陣的分布形式。研究結(jié)果表明，分布在聚合物基質(zhì)中的無(wú)機(jī)顆�？梢孕纬刹煌笮〉莫�(dú)立而又互相交織的集群，其中最大集群的分形維數(shù)為2.36。由于鉻酸鍶是水溶性的，其水溶過(guò)程形成了孔隙集群的特征模板。這樣的孔隙集群的特征對(duì)于設(shè)計(jì)航空設(shè)備的防腐蝕聚合物涂層至關(guān)重要。
圖1: 嵌套分形集群。(a) 截面圖, 鉻酸鍶用紅色表示, 正常密度環(huán)氧樹脂基體用藍(lán)色表示, 低密度環(huán)氧樹脂基體(LDE)用綠色表示；(b) 低密度環(huán)氧樹脂基體和鉻酸鍶顆粒聚集群的三維顯示；(c) 低密度環(huán)氧樹脂基體及5個(gè)最大的鉻酸鍶聚集群的三維顯示；(d) 不同鉻酸鍶顆粒聚集群用不同顏色顯示,藍(lán)色表示最大的群體；(e) 互相嵌套糾纏的鉻酸鍶簇集群, 系統(tǒng)的剪切性能會(huì)因此而改進(jìn)。
圖2: 集群統(tǒng)計(jì)：（a）鉻酸鍶群的頻度分布；(b) 五個(gè)最大鉻酸鍶群質(zhì)量與尺度的分布(分形維數(shù))。
圖3: 鉻酸鍶與低密度環(huán)氧樹脂基體的相互關(guān)系。（a）剖面圖；（b）接觸點(diǎn)放大圖, 像素大小為54納米；（c）楔形區(qū)域內(nèi)的重建的鉻酸鍶與低密度環(huán)氧樹脂基體分布；（d）楔形區(qū)域中右方可以看到各個(gè)材料相, 其復(fù)雜相互關(guān)系如左方。
