从力学分析角度对水凝胶中水分蒸发的建模
软凝聚态物质
2025-05-28 v1
摘要
水分蒸发对于开放空气环境中应用的水凝胶至关重要，但由于复杂的分子间相互作用和持续的变形，其理论建模十分困难。在本研究中，我们通过仅考虑力学拉伸，构建了一个简化模型来描述水凝胶内部的水分状态。我们利用“负压”来桥接水分中的拉伸力与聚合物网络产生的弹性力。结合水凝胶的弹性本构方程和经典扩散方程，该模型提供了一个通用解，用于计算不同水凝胶的饱和蒸汽压、动态蒸发率和实时变形。对于具有不同组分的常用聚(2-羟乙基甲基丙烯酸酯)和聚丙烯酰胺水凝胶，计算结果在稳态和动态过程中均与实验结果吻合良好。此外，该模型预测，具有高模量的水凝胶在开放环境中表现出更强的保水能力。
引用
@article{arxiv.2505.21075,
title = {Modeling of Water Evaporation in Hydrogels from Aspect of Mechanical Analytics},
author = {Zehua Yu and Yongshun Ren and Kang Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.21075},
year = {2025}
}