过度加热的琼脂溶液：对琼脂凝胶结构与力学性能的影响

热可逆水凝胶通常通过将先煮沸的水性聚合物溶液冷却至环境温度来制备。传统上，聚合物溶液在高温下的保温时间尽可能短，以减小其对后续凝胶化的影响。在此，我们研究在远高于凝胶温度的 $T=80^{\circ}$C 下长时间加热 1.5\% 质量分数琼脂溶液的影响。多糖溶液的保温时间 $\mathcal{T}$ 从几小时变化至五天。我们表明琼脂溶液因多糖的水解和分子内氧化而老化。因此，溶液的黏度和 pH 在保温期间持续下降。此外，在不同保温时间取出的样品被冷却形成凝胶，其结构与力学性能被系统测定。冷冻显微镜和 X 射线衍射实验揭示，由保温时间递增的溶液形成的琼脂凝胶呈现出由多糖缩合产生的微米级薄片构成的更粗糙微结构，这与由新鲜琼脂溶液制备的凝胶的纤维状微结构形成对比。伴随结构变化，聚合物溶液在 $T=80^{\circ}$C 下长时间保温导致琼脂凝胶更弱且剪切弹性模量显著降低。此外，结合直接观测的大量宏观压痕实验表明，将琼脂溶液保温时间增加至数天会降低凝胶的屈服应变，而断裂模式由脆性连续转变为类延性。我们的研究表明，高温下琼脂溶液的保温时间可用于调节琼脂基凝胶的力学性能。