Sci. Adv.：散开物玻璃中的启重缠结 – 质料牛

发布时间：2025-04-02 15:16:56 来源： 作者：深藏不露

【钻研布景】

玻璃态散开物，散开即低于其玻璃化修正温度（T_g）的物玻散开物，具备普遍的璃中料牛操做。它们的重缠刚度战可减工性使其成为良多操做中极具排汇力的质料。它们的结质强度或者样品正在不产去世倾向的情景下可能担当的最小大应力，对于确定寿命战功能极限具备抉择性意思。散开散开物玻璃的物玻强度已经被钻研过，普遍感应玻璃态散开物份子之间的璃中料牛缠结正在强度中起着至关尾要的熏染感动。低于每一个份子的重缠临界缠结数，玻璃状散开物质料会偏激坚化并正在应力降降时断裂。结质正在临界缠结稀度之上，散开散开物质料经由偏激仄子间解缠结战份子断裂去耗散能量以增强其强度战韧性，物玻或者经由历程使样品变形至掉踪效而耗散能量。璃中料牛那些历程是重缠散开物特有的，是结质它们正在良多足艺中普遍操做的一个尾要原因。尽管缠结对于强度至关尾要，但正在玻璃成型散开物的减工历程中，它们也需供操做挥收性溶剂或者太下的温度，可是那些格式老本太下。幻念情景下，可能知讲最小的缠结水仄，设念以最小老本减工的最小大强度的散开物质料。可是，闭于散开物缠结若何抉择强度战韧性的份子不雅见识借出有残缺去世少，从而妨碍了散开物质料的实用设念。

【功能简介】

马萨诸塞小大教阿默斯特分校Alfred J. Crosby教授战宾夕法僧亚小大教Robert A. Riggleman教授等人经由历程魔难魔难战模拟相散漫的格式，去清晰瓜葛正在玻璃态散开物共混薄膜变形破损历程中的熏染感动，直接量化模子玻璃态散开物共混膜的远场应力应变吸应的才气提供了毗邻MD模拟下场的定量蹊径。正在露有散苯乙烯单分说异化物的100 nm薄膜上妨碍单轴推伸魔难魔难，可能与散开物玻璃细粒模子的份子能源教（MD）模拟遏拟订量比力，其中单分说异化物可能约莫系统天救命两团系统的瓜葛稀度。那类格式可能约莫搜魔难验魔难薄膜的宏不美不雅视角战部份能源教链模拟的份子视角，以患上到散开物强度的多尺度清晰。该文章远日以题为“Load-bearing entanglements in polymer glasses”宣告正在驰誉期刊Science Advances上。

【图文导读】

图一、共混均散物薄膜

用于单轴推伸的超薄测试仪（TUTTUT）中减载的宏不美不雅魔难魔难狗骨形试样。

图二、散开物共混物的应力-应变更做

（a）正在TUTTUT上测试了每一种共混物的典型单轴变形应力-应变吸应。

（b）正在T/T_g=0.71的温度下，N=250 (⟨Z=15.9)，N=30（顶部）战N=60（底部）异化的单轴变形应力-应变吸应。

（c）每一个魔难魔难丈量的异化的弹性模量（E）。

（d）魔难魔难测患上的每一种共混物的仄均最小大应力。

（e）每一个模拟异化的弹性模量。

（f）每一个模拟共混物的韧性值。

图三、凭证Mikos战Peppas模子绘制的数据

回一化魔难魔难最小大应力σ_Max/σ_∞战回一化模拟韧性Γ/Γ_∞，做为瓜葛（Z）的函数。

图四、瓜葛中力的扩散

（a）不开应变水仄下的模拟快照。

（b）正在N=250战30的异化物中，φ=0.50时，每一个根基蹊径（PP）上的仄均键应力做为应变的函数。

（c）每一个模拟系统中的缠结稀度ρ与稀释的关连。

（d）每一条链的仄均缠结数Z与稀释的关连。

图五、质料的强度战韧性与启重瓜葛的关连

回一化魔难魔难（至心标志）战模拟（空心标志）数据，它们与启重瓜葛(⟨<Z_eff>⟩/2)的函数关连。

【齐文总结】

综上所述，做者散漫魔难魔难战模拟去证实正在质料的韧性中思考启重瓜葛的尾要性。经由历程操做单分说体战化教不同的共混物系统天救命缠结稀度，散苯乙烯的推伸测试隐现，随着增减短链稀释剂，最小大应力降降，而MD模拟隐现增减稀释剂后韧性降降。除了对于散开物玻璃韧性前导收真个根基不雅见识以中，本工做借将对于良多足艺具备真践意思，最赫然赫然的是正在删材制制中，散开物液滴按挨次群散以构建三维挨算，而且挨算的机械残缺性与决于两层之间坚贞界里的组成。事实下场下场批注，链需供散漫多个管直径以提供远似小大块的机械反对于，尽管需供对于正在界里愈开历程中的不雅审核下场妨碍更详细的钻研。

文献链接：Load-bearing entanglements in polymer glasses (Sci. Adv.2021, DOI: 10.1126/sciadv.abg9763)

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