基于胶冻渗透计 characterizes 压缩下的水凝胶行为
软凝聚态物质
2024-07-19 v1 材料科学
摘要
水凝胶是一种在自然界和工业中广泛存在的多功能材料。其多功能性的关键原因之一是其高水含量，这使其在膨胀和干燥时能够显著变化体积和许多力学属性——常常可达数十倍。目前，我们缺乏能够精确表征这些属性随水含量变化的技术。为克服这一挑战，本文发展了胶冻渗透计 (GelFrO)：一种冻结点渗透计的扩展方法。我们展示了 GelFrO 如何在仅使用小量样本（L$）的情况下测量水凝胶对压缩和渗透压的力学响应。由于该技术允许在异常广泛的水含量范围内测量属性，它使我们能够准确测试理论预测。我们发现，压缩力学响应和渗透压都呈现简单幂律行为，而这些在经典 Flory-Huggins 理论中不太能捕捉。我们将这种幂律行为解释为胶体聚合物网络微观分形结构的标志，并提出一种简单方法将胶体的分形维数与其力学和渗透属性相联系。该联系通过小角 X 射线散射观察到的水凝胶微观结构得到支持。最后，我们的结果促使我们提出了一个描述水凝胶膨胀和力学响应的更新本构模型。
引用
@article{arxiv.2407.13718,
title = {Characterizing hydrogel behavior under compression with gel-freezing osmometry},
author = {Yanxia Feng and Dominic Gerber and Stefanie Heyden and Martin Kröger and Eric R. Dufresne and Lucio Isa and Robert W. Style},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.13718},
year = {2024}
}