一种由离子键与缠结定制的弹性体本构模型

在过去一二十年中，出现了同时利用多种弱相互作用来增强弹性体力学性能的概念。这些弱相互作用包括物理缠结、氢键、金属配位键、动态共价键和离子键。缠结与离子键的结合探索最少，且因聚电解质的广泛应用空间而尤为令人振奋。本工作中，我们开发了一个本构模型框架，用以描述同时具有离子键与缠结的弹性体的响应。我们构建了一个将链拉伸、离子键滑移与缠结演化耦合在一起的微观力学模型。与共价交联材料相比，离子键通过实现塑性变形提供韧性；与线型聚合物相比，则增加强度。缠结密度的演化被视为可主导弹性体刚度、韧性与自恢复的关键机制。该模型用于拟合具有不同离子组分比例、在多种加载历史下的块体聚电解质。随后利用材料参数的变化来帮助理解块体聚合物中不同主导机制的相对重要性。我们表明该理论框架可解释我们对聚电解质的单轴拉伸实验结果。此模型有助于设计具有更高刚度与韧性的更好材料。我们期望该模型可扩展至解释其他聚电解质及其他具有广泛动态键的软材料的力学行为。