高可拉伸性彈性體軟材料在柔性電子、軟體機器人和生物醫(yī)療裝置等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景,且與水凝膠相比,因為不含液體成分而更為穩(wěn)定。然而,傳統(tǒng)彈性體由線形高分子交聯(lián)形成,其可拉伸性受高分子鏈間纏結(jié)的限制,難以進一步提高。近日,王九令博士 (現(xiàn)北京理工大學(xué)副教授) 與美國南卡羅來納大學(xué)葛挺 (Ting Ge) 教授合作,提出了基于環(huán)形高分子的高可拉伸性彈性體軟材料的設(shè)計方法,并揭示了其高可拉伸性的微觀機理。研究結(jié)果表明,環(huán)形高分子由于缺乏有效纏結(jié)且構(gòu)象緊湊,由其交聯(lián)形成的彈性體具有更高的可拉伸性和更低的剪切模量。研究工作為發(fā)展高可拉伸性軟材料提供了理論指導(dǎo)。
圖1 環(huán)形和線形高分子彈性體拉伸時應(yīng)力-應(yīng)變行為,λ為拉伸比。
圖2 環(huán)形和線形高分子彈性體的 (a) 剪切模量和 (b, c) 纏結(jié)狀態(tài)。為交聯(lián)點間平均長度。







以上研究成果以“Superstretchable Elastomer from Cross-linked Ring Polymers”為題于06月09日發(fā)表在物理領(lǐng)域頂級期刊《Phys. Rev. Lett.》(2022, 128: 237801) 上。論文第一作者為王九令博士 (目前為北京理工大學(xué)副教授),通訊作者為南卡羅來納大學(xué)葛挺教授,合作者包括卡內(nèi)基梅隆大學(xué)Thomas C. O’Connor教授,美國桑迪亞國家實驗室Gary S. Grest院士。在此之前,王九令博士與葛挺教授合作針對玻璃態(tài)環(huán)形高分子材料的塑性變形機理開展研究,揭示了環(huán)形高分子間纏結(jié)狀態(tài)影響材料力學(xué)性能的機理,成果發(fā)表在高分子科學(xué)權(quán)威期刊《Macromolecules》(2021, 54: 7500-7511)上,并入選了2022年1月30日的凝聚態(tài)物理研討會 (Journal Club for Condensed Matter Physics) 月度精選,由維也納大學(xué)Jan Smrek教授撰寫長文予以點評 (https://doi.org/10.36471/JCCM_January_2022_03)。
論文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.237801
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