水凝胶在光滑表面摩擦中的弛豫与恢复

\textbf{背景} 水凝胶是交联聚合物网络，可吸收并保留大量液体。在临界滑动速度附近，压向光滑表面的水凝胶表现出发生于多个时间尺度的随时间变化的摩擦行为，然而这些动力学的起源尚未阐明。\textbf{目的} 本文中，我们刻画这一随时间变化的区域，并表明其与两种不同分子过程一致：滑动诱导弛豫与静息恢复。\textbf{方法} 我们的实验使用定制销盘摩擦仪，在多种滑动条件下（从数分钟到数小时）考察光滑聚甲基丙烯酸甲酯表面上的聚丙烯酸水凝胶。\textbf{结果} 我们表明在固定滑动速度下，摩擦系数呈指数衰减并达到稳态值。与该衰减相关的时间常数随滑动速度呈指数变化，且对界面先前的任何摩擦剪切敏感。该过程可逆；滑动停止后，摩擦系数恢复至初始状态。我们还表明初始剪切方向可作为可观测的“记忆”被印记，并在 24 小时重复摩擦剪切后依然可见。\textbf{结论} 我们将此行为归因于近表面聚合物网络的纳米尺度伸展与弛豫动力学，从而引出具有两个并行时间尺度的摩擦弛豫与恢复模型。