京都大學等組成的研發團隊解開了橡膠輪胎補強材料-二氧化矽的作用細節。可望俾使輪胎兼備抓地性與燃油效率的二氧化矽已開始利用做為碳黑(Carbon Black)的替代材料,但由於二氧化矽與橡膠不易結合,必須添加耦合劑,而這些材料間如何相互作用目前透過電子顯微鏡等既存技術仍未能得知。此次研究利用了中子與氫成功觀察到橡膠與二氧化矽如何透過耦合劑進行結合。
二氧化矽與橡膠之間的相容性較差係由於分別是無機物與有機物,而需要的耦合劑類型即是將無機物與有機物雙方結合在一起的材料,因此研究團隊認為只要設法正確地觀察到雙方的界面即可。
研發團隊留意到中子反射率法,利用中子撞擊物質後反射的特性以調查物質的構造。但此次的觀察對象是如同夾在二氧化矽與橡膠之間、薄薄一層的耦合劑,無法判別反射來自哪一層,因此著手展開方法改良。
當中子撞到氫原子核時的反射取決於彼此自旋(Spin)的方向,研發團隊利用此性質將中子反射率計結合氫核偏化裝置,創造出「自旋對比變調中子反射率法(Spin-contrast-variation Neutron Reflectometry)」。研發團隊在矽基板上滴上丁苯橡膠與耦合劑製作出樣本,再透過新手法進行調查後,成功確認了矽層、橡膠層、耦合層各別的性質。