淀粉颗粒作为水凝胶复合材料中协同增强与耗散的结构性支架
软凝聚态物质
2026-02-16 v1
摘要
软材料设计中的一个基本挑战是刚性与动态性之间的竞争，因为硬化机制通常会抑制能量耗散。在这里，我们证明淀粉颗粒可以作为结构性支架来克服这一限制，从而在水凝胶中实现弹性增强和动态耗散的协同放大。我们表明，调控填料-基质界面的电荷和结构可以增强这种协同响应，我们提出这种响应源于一种双重作用的物理机制：填料诱导的聚合物基质束化提供了结构增强，而瞬态的填料-基质氢键促进了耗散。此外，我们发现不同填料种类的二元混合物出乎意料地抑制了这些涌现特性，我们认为这是由于增强的熵混合所致。我们的结果提供了一个物理框架，以克服软复合材料当前的设计限制，并塑造其粘弹性响应，从协同增强到策略性抑制，适用于从高性能软体机器人到仿生组织工程等应用。
引用
@article{arxiv.2602.12538,
title = {Starch granules are instructive scaffolds for synergistic reinforcement and dissipation in hydrogel composites},
author = {Shirlaine Juliano and Jasmine Samaniego and Ian M Lillie and Geraldine Ramirez and Peter M Iovine and Rae M Robertson-Anderson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.12538},
year = {2026}
}