柔性水凝胶对不同润湿性固体基底的冲击动力学

本文对球形聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶 drop/球进行实验，涉及宽广的切变模量和冲击速度，作用于亲水(等离子处理玻璃)和疏水(硅烷涂层)基底，产生弹性数 El 变化范围达五个数量级。通过同步的高速成像和压电力传感，同时解析瞬态扩散形貌和冲击力。低弹性数($El < 1$)时，冲击水凝胶表现出混合多孔弹性响应：液体富集的接触脚从聚合物网络中被排出并独立扩散，而浆体 drop 在最大变形时发生视弹性接触线锁定形成 pancake 几何。高弹性数($El > 1$)时，接触脚扩散被抑制，变形可由 neo-Hookean 能量平衡准确描述，最大扩散因子独立于基底润湿性。进一步我们表明，归一化峰值冲击力 $F^*$ 对 $El < 1$ 情形符合 Wagner 极限，对 $El > 1$ 情形遵循幂律标度 $F^* \sim El^{0.38}$，与 Hertzian 和 neo-Hookean 预测一致，且独立于基底润湿性。此外，我们指出，冲击后回缩在 nearly 整个参数空间中都被抑制，因为吸附的聚合物链将黏膜网络锚定在基底上，产生环形岩浆不稳定性；仅当弹性恢复力克服粘附能时，才会发生反弹。