圆柱腔膨胀：一种用于表征软质材料力学性能的新方法
材料科学
2024-09-18 v2 软凝聚态物质
摘要
软质材料的低弹性模量，以及几何非线性和速率依赖性，为其力学响应表征带来了重大挑战。我们引入一种通过圆柱腔膨胀来测量软质材料力学性能的新方法。该方法制造一个材料中的圆柱腔，通过体积控制注入不可压缩流体以膨胀，并在腔壁同时测量施加的压力。随后利用施加压力与腔壁变形之间的关系，用于表征非线性力学性能。我们证明了所提方法的可行性，通过测量合成聚(dimethylsiloxane)(PDMS)的力学性能并与文献中报告的值进行比较。结果表明，圆柱腔膨胀法有效地捕捉了PDMS在宽广刚度范围（剪切模量从5 kPa 到300 kPa）内的响应，并表现出高重复性。该方法克服了传统测试方法在超软材料表征中的局限，如单向拉伸测试中的制造和夹紧困难、压缩和压痕测试中的摩擦和黏附效应，从而实现了准确而精确的表征。该方法还由于对初始腔尺寸和形状的精确控制，比其他针式诱导腔膨胀方法具有更高的精度和重复性，代价是测试的侵入性更强。
引用
@article{arxiv.2408.12920,
title = {Cylindrical Cavity Expansion: A Novel Method for Characterizing the Mechanical Properties of Soft Materials},
author = {Jian Li and Zihao Xie and Hannah Varner and Chockalingam Senthilnathan and Tal Cohen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.12920},
year = {2024}
}