美国研究人员发现，在长聚合物链周围战略性地嵌入刚性颗粒可以分散橡胶中的应力，并将疲劳阈值提高六倍。这可能会为设计坚硬、耐疲劳的橡胶开辟一个“新范例”，应用于纹理带、轮胎胎面和软机器人等领域。

　　填充橡胶是一种复合材料，由弹性聚合物链基体结合在一起，并由炭黑或二氧化硅等刚性颗粒增强。填充材料可以将橡胶的弹性模量提高两个数量级，使复合材料在轮胎等应用中非常有用。然而，它不会显著增加疲劳阈值(材料在失效前反复变形循环所能吸收的累积能量)。

　　在传统的填充橡胶中，刚性颗粒不能牢固地与聚合物链结合。哈佛大学的研究人员利用一种长链、高度纠缠的聚(丙烯酸乙酯)聚合物(PEA)填充了二氧化硅纳米颗粒，研究了改变这种情况的效果。当纳米颗粒被三甲基硅基功能化时，其抗疲劳性能与未填充的聚合物相同，而三甲基硅基不与聚合物链结合。然而，3-(三甲氧基硅基)甲基丙烯酸丙酯官能团在二氧化硅纳米颗粒和聚合物链之间形成了强的相互连接。因此，转换官能团允许相互连接的链之间的缠结以灵活的网状结构储存能量。这种改变使抗疲劳性能提高了一倍多。

　　由于含有有助于消除应力的二氧化硅纳米颗粒，这种模压聚合物可以经受严重的变形而不会开裂

　　然后，研究人员将复合材料中颗粒的体积从15%增加到45%。这使得颗粒更紧密地聚集在一起，并使合成的复合材料能够在两个不同的尺度上“分散”应力:如果两个颗粒之间的一个聚合物链失效，应力可以在其他颗粒中消散，而不会使两个颗粒分开;如果两个粒子真的分开了，那么压力就可以转移到其他粒子之间的连接上，而不会使聚合物失效。累积效应使疲劳阈值提高到未加筋PEA的6倍。

　　研究人员通过使用kirigami(折纸的一种变体，将结构折叠和切割)制造出一种用于软机器人的机械夹持器，证明了这种复合材料的实用性。这是要求很高的，因为抓手需要高弹性模量来提升大载荷，并且随着裂纹的扩展，具有低疲劳阈值的材料在重复的变形循环下会断裂。研究人员报告说，虽然高度交联的聚合物在几次循环后就会断裂，但他们的材料可以举起6倍于未增强PEA的质量，但在35万次循环后变形可以忽略不计。

　　德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的加布里埃尔?萨诺贾(Gabriel Sanoja)说:“我认为这篇论文确实为思考橡胶等软材料的寿命带来了一个新的范例。”他说，“设计一种材料的结构，以有效地消除应力的局限性，这种想法似乎在文献中获得了动力”，所以他希望这篇论文能引导研究人员探索其他问题。“你怎么才能真正理性地处理这件事?”你如何真正利用化学来利用这个原理，然后甚至可能推动性能向前发展?”