薄可渗透凝胶膜的线性多孔弹性响应
软凝聚态物质
2026-04-30 v1 经典物理
流体动力学
摘要
当亲水且可变形的多孔材料浸入浴中时，它会吸收溶剂并通过体积膨胀数倍形成高度柔软且多孔的水凝胶。作用于柔软水凝胶表面的应力会使其变形，并迫使吸收的溶剂通过孔隙网络流动。这种耦合现象构成了多孔弹性的框架。此外，聚合物凝胶常用于超薄涂层以调节表面性能。鉴于其特有的多孔弹性耦合效应，这种薄度对其响应建模提出了挑战。本文推导了受刚性基片限制的薄、可渗透且多孔弹性层的点力机械响应。我们表明，凝胶表面仅在压痕点附近发生变形，变形半径约为层厚度的尺度。得到的Green's函数可直接用于预测凝胶表面在空间和时间上的变形。我们的发现适用于广泛的应用场景，包括对吸胀凝胶、薄膜或软性和生命系统的压痕实验，以及润滑问题中涉及柔软多孔壁的情形，例如微流体力学中。
引用
@article{arxiv.2604.26464,
title = {Linear poroelastic response of thin permeable gel films},
author = {Caroline Kopecz-Muller and Joshua D Mcgraw and Thomas Salez},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.26464},
year = {2026}
}