国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

超彈性材料對大應變表現(xiàn)出非線性彈性響應，而水凝膠由于交聯(lián)的不均勻和交聯(lián)之間的鏈段有限，通常具有較低的彈性范圍。

在此，清華大學王朝副教授等人開發(fā)了一種超彈性水凝膠，通過引入一個可逆的珍珠項鏈結(jié)構(gòu)，其中珠子是由弦連接的，其展現(xiàn)出更廣泛的彈性范圍。其中，亞納米微珠在循環(huán)機械應變下可以有效地展開和折縮，因此水凝膠在拉伸到超過10000%的面應變后可以迅速恢復。此外，水凝膠可以從輕微的機械損傷中快速愈合，例如針刺和割傷。這些進步使離子水凝膠成為多功能氣動夾具材料的理想選擇，它們同時提供自感應能力和快速愈合能力。

相關文章以“A hyperelastic hydrogel with an ultralarge reversible biaxial strain”為題發(fā)表在Science上。

研究背景

水凝膠由在水分子中膨脹的交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡組成，其彈性源于交聯(lián)之間聚合物鏈的可逆構(gòu)象變化。最大彈性變形的聚合物鏈中含有N個等長的鏈節(jié)，表示完全延伸鏈的端到端距離與自由連接鏈的均方端到端距離之比。由于膨脹水凝膠網(wǎng)絡內(nèi)的交聯(lián)不均勻和N值有限（交聯(lián)之間的鏈段數(shù)），采用非固定滑環(huán)交聯(lián)策略，可以在拉伸過程中有效增加N值。通過在鏈條上加入可滑動環(huán)，該材料能夠通過從橫向拉伸來增加拉伸，然而在現(xiàn)有水凝膠中增長增加有限。此外，雙軸變形仍然具有挑戰(zhàn)性，因為鏈沿兩個方向延伸。由于雙軸變形鎖定，共價交聯(lián)或未固定的滑環(huán)交聯(lián)極大地限制了拉伸性。在等雙軸拉力下觀察到的最大線應變至少比在單軸拉伸下觀察到的最大線應變低30%。實現(xiàn)出色的雙軸可逆性面臨更大的挑戰(zhàn)，目前現(xiàn)有水凝膠中的可逆雙軸面應變被限制在2500%以下。

內(nèi)容詳解

本文通過將珍珠項鏈（PNC）整合到聚合物網(wǎng)絡中，實現(xiàn)了超大可逆雙軸應變，這是通過在缺水條件下柔性和弱疏水性聚電解質(zhì)的異相水合來實現(xiàn)的。與水凝膠和橡膠中常用的自由連接鏈模型相比，PNC表現(xiàn)出更高的收縮程度，并允許通過展開大量亞納米珠子來釋放額外的鏈段。當施加的力被釋放時，這些延伸的鏈會迅速折回初始的PNC結(jié)構(gòu)中，從而產(chǎn)生超彈性。? ?

圖1. 具有珍珠項鏈結(jié)構(gòu)的水凝膠

高度可逆的珍珠項鏈結(jié)構(gòu)

當暴露于外部應變時，PNC結(jié)構(gòu)內(nèi)的磁珠可以進行順序放卷。通過原位SAXS，檢測了PNC結(jié)構(gòu)的高度可逆展開和重新折疊。圖2顯示了AETC-25水凝膠原位SAXS圖像和概況。在未變形狀態(tài)下，僅觀察到2D SAXS圖像中的圓形散射環(huán)和1D SAXS輪廓中的寬峰，對應于相鄰亞納米微珠之間的初始距離（1.37 nm）。隨著水凝膠的拉伸，在低q區(qū)出現(xiàn)了新的散射環(huán)和新峰（如箭頭位置所示），這些新峰的比例逐漸增加，這表明珠子之間的距離擴大了，更多的聚合物鏈從珠子中拉伸出來。在低施加應變下，最初隨機取向的PNC沿著施加的力逐漸排列，只有幾條聚合物鏈從磁珠中拉出。隨著拉伸的增加，大量的聚合物鏈被從珠子中拉出，從而減少了與施加應變的偏差。這些發(fā)現(xiàn)表明，在大的單軸或雙軸應變下，除了聚合物鏈的拉直外，亞納米微珠還可以展開以拉長剛性鏈間纏結(jié)之間的聚合物鏈。在釋放時，由于PNC結(jié)構(gòu)的低能狀態(tài)和熵的驅(qū)動力，在水分子潤滑的促進下，延伸的鏈迅速恢復到其初始PNC結(jié)構(gòu)。 ? ?

圖2.?高度可逆的珍珠項鏈結(jié)構(gòu)

超彈性

本文的AETC-25水凝膠在沒有化學交聯(lián)劑的情況下具有高單軸拉伸能力（3000 ± 350%）和超長雙軸彈性，這些特性歸因于由水分子潤滑的可逆PNC結(jié)構(gòu)和適當?shù)逆滈g物理糾纏，且核磁共振（NMR）、靜態(tài)光散射（SLS）和差示掃描量熱法（DSC）證實了AETC-25水凝膠的化學結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。通過核磁共振分析，單體轉(zhuǎn)化率約為92%，通過SLS估計其重量平均分子量為3.895×106 g mol^-1，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-34.2°C。結(jié)果顯示，一個由AETC-25水凝膠組成的0.54毫升空腔的長方體氣動裝置，在用空氣充氣時膨脹到原來體積的1000倍左右，然后在充氣后迅速恢復。相比之下，其他材料表現(xiàn)出較差的雙軸彈性，體積膨脹不超過其原始體積的200倍。此外，使用多項式各向同性超彈性模型進行了有限元模擬，來描述球狀長方體氣動裝置的應變分布，發(fā)現(xiàn)最大線性應變?yōu)?377%，相當于最大面積應變超過10000%。 ? ?

圖3.?超彈性? ?

圖4.?超彈性、輕微損傷-不敏感和快速愈合的氣動夾具

綜上所述，本文通過將可逆PNC摻入聚合物網(wǎng)絡中，實現(xiàn)了具有超大可逆雙軸應變的超彈性水凝膠。與傳統(tǒng)水凝膠相比，本文的水凝膠具有更寬的彈性范圍，這得益于亞納米微珠在循環(huán)機械應變下的高效展開和重新折疊，并表現(xiàn)出顯著的特性，例如極端雙軸拉伸后的快速恢復（10000%的可逆面應變）和輕微機械損傷的快速愈合，它還具有用于具有自傳感能力的氣動材料的潛力。這些進步為需要超彈性、快速愈合和自我傳感的下一代軟氣動機器人帶來了巨大的希望。

Lili Chen, Zhekai Jin, Wenwen Feng, Lin Sun, Hao Xu, Chao Wang*, A hyperelastic hydrogel with an ultralarge reversible biaxial strain, Science. (2024). https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh3632

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/07/03/fd73f38c00/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

清華大學，最新Science！

相關推薦

清華大學，最新Science！