沿着丝线追踪：硅橡胶中表面和体积溶剂迁移研究
软凝聚态物质
2026-05-13 v1
摘要
多孔弹性材料由可渗透的固体基体浸注流体构成，广泛存在于自然界和工程领域。弹性聚合物固体在溶剂浴中浸泡时会膨胀至平衡状态，从而使网络弹性与溶剂输运相耦合。尽管多孔弹性理论在描述从地震到生物组织等现象方面具有重要意义，但缺乏探索受控应力和溶剂边界条件下局部网络响应的实验数据。本文首先探讨了聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 网络在经典硅油浸泡条件下的自由膨胀扩散动力学。通过原位3D时空测量，识别出通道受限的界面边界条件，与标准完全排水假设相矛盾。此纠正消除了标准bulk分析中扩散系数约一个数量级的低估。膨胀平衡通过Flory-Rehner理论准确描述，但需修改以包括填充网络的有效有限可伸展性。随后采用弯曲构型研究了溶剂迁移，针对三种材料制备方式：原装状态、无活性相状态及在硅油中完全膨胀状态。原装状态和无活性相状态的梁体几乎无体积变化或力 relaxation，而通过局部原位测量直接解析张力侧膨胀和压缩侧收缩，从而得到与力 relaxation数据一致的有效扩散系数。这些测量为聚合物网络中的溶剂扩散系数提供了严谨的基准，凸显了明确界定界面边界条件的重要性，并为多孔弹性聚合物和地质材料的力学与工程应用提供了启示。
引用
@article{arxiv.2605.12125,
title = {Following the thread: surface and bulk solvent migration in silicone elastomers from local volumetric swelling},
author = {Chenzhuo Li and Tom Beyeler and Marc Antonio Chalhoub and John M. Kolinski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.12125},
year = {2026}
}