重新思考延展性——聚合物尺寸效应断裂研究
软凝聚态物质
2023-09-04 v1
摘要
延展性量化了材料的塑性变形能力，是防止工程零件发生断裂失效的关键属性。尽管某些脆性材料在小尺度下表现出改善的延展性，但这一现象背后的机理尚不清楚。本研究通过对双光子光刻（TPL）制备材料中的尺寸效应断裂过程与聚合物转化程度（DC）的探究，建立了延展性起源的机理。制备了宽度从 8 到 26 μm 的微尺度单边缺口弯曲（μSENB）试样，并采用不同激光功率和写后热退火将 DC 控制在 17% 到 80% 之间。我们发现，从低 DC 到高 DC 的转变可预见地导致强度和弯曲刚度分别增加约 3 倍和约 4 倍，但断裂能从 180 J/m^2 相应降低到 30 J/m^2，降幅约 6 倍。值得注意的是，这种断裂能的降低伴随着失效行为中的韧脆转变（DBT）。利用有限元分析，我们证明当断裂屈服区尺寸（r_p）接近样品宽度时会发生 DBT，对应于已知的从基于缺陷到基于强度的断裂尺寸效应转变。该发现提供了关键见解：延展性是一种尺寸诱导属性，当特征尺寸减小到低于特征断裂长度尺度以下时发生，且强度、刚度和韧性本身不足以预测延展性。
引用
@article{arxiv.2309.00279,
title = {Rethinking Ductility -- A Study Into the Size-Affected Fracture of Polymers},
author = {Zainab S. Patel and Abdulaziz O. Alrashed and Kush Dwivedi and Marco Salviato and Lucas R. Meza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.00279},
year = {2023}
}
备注
17 pages, 6 figures