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北海道大学龚剑萍教授课题组在高强韧水凝胶应力松弛机理研究方面取得进展
2020-10-23  来源:高分子科技

  近年来,各种各样高强韧和自修复水凝胶被开发出来,大大拓展了水凝胶在生物及软体机器人等领域的应用。目前对水凝胶的研究主要集中在新凝胶体系的开发,以及拉伸和断裂行为的研究,而对这类凝胶应力松弛机理的研究几乎处于空白。对凝胶应力松弛机理的深入理解有助于理解材料的断裂行为。此外,理解凝胶的应力松弛行为对其应用也非常重要。例如,设计具有和生物组织类似或相同应力松弛行为的凝胶能更好地作为人体组织的替代材料。


  本工作结合双折射和小角X射线散射系统研究了一类聚两性电解质高强韧自修复水凝胶的应力和结构演化,并讨论了100 nm尺度的相分离结构和1 nm尺度的高分子链段在拉伸和松弛过程中的结构演化。研究结果表明100 nm尺度的相分离结构在拉伸过程中发生仿射形变,然而在拉伸停止后仍然后发生松弛,说明应力和应变在拉伸停止后进行了重新调整分布。这对理解材料的应力集中和缺陷形成有重要启发。此外,本研究表明,在该凝胶中高分子链段松弛来自于离子键的破裂,而相尺度的松弛来自于多重离子键的协同作用。该工作还对凝胶松弛时间与其尺度的关联进行了讨论。


图:聚两性电解质凝胶在拉伸和松弛过程中应力和双折射变化。


  以上成果发表于ACS Macro Lett (ACS Macro Lett. 2020, 9, 1582–1589). 第一作者为崔昆朋助理教授,通讯作者为龚剑萍教授


  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.0c00600

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(责任编辑:xu)
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