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北海道大学龚剑萍《Science Adv.》中尺度相衬对自愈水凝胶疲劳延迟行为的影响

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水凝胶 2021-04-19 16:37

【科研摘要】

最近,北海道大学龚剑萍教授团队在《 S cience Advances 》上发表题为 Effect of mesoscale phase contrast on fatigue-delaying behavior of self-healing hydrogels 的论文。 团队研究了由于相分离而具有分层结构的化学交联聚两性电解质水凝胶的抗疲劳性,并发现以 SAXS为特征的结构细节控制了裂纹扩展的机理。 当凝胶显示出很强的相衬度和较低的交联度时,随着疲劳周期的增加,裂纹尖端周围的应力奇异性逐渐消失,这抑制了裂纹的生长,有利于提高抗疲劳性。相反,应力集中在弱相分离的凝胶中持续存在,从而导致较低的抗疲劳性。 确定了材料参数λ tran ,该参数与无裂纹的水凝胶中中间相结构的非仿射变形的发生有关,这控制了疲劳裂纹扩展中的从慢到快的转变。 中尺度结构在抗疲劳性上的详细作用为开发自愈,坚韧和抗疲劳的 软材料提供了设计原则。

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【主图导读】

图 1坚韧且能自愈的PA凝胶的层次结构示意图。

图 2具有调谐的双连续硬/软相网络结构的PA凝胶。

图 3.在疲劳试验下,代表性的强相和弱相分离凝胶的裂纹扩展行为。

图 4具有不同中尺度相衬的PA凝胶的疲劳行为。

图 5疲劳行为的几何效应

图 6由主要网络结构确定的疲劳阈值。

参考文献 :

Science Advances 14 Apr 2021:

Vol. 7, no. 16, eabe8210

DOI: 10.1126/sciadv.abe8210

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