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用压痕表征凝胶的孔隙弹性

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当压头被压入固定深度的凝胶中时,凝胶中的溶剂会迁移,压头上的力就会松弛。在孔隙弹性理论中,以一种简单的形式得到了几种压痕的力松弛曲线,使得压痕可以很容易地作为测定凝胶弹性常数和渗透率的方法。用锥形压头对海藻酸盐水凝胶进行了验证。

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评论

马连华的照片

亲爱的余杭,

我正在看你那篇有趣的论文。正如您在论文中所述,将压痕与解析公式相结合无疑是表征凝胶材料参数的有效方法。

1.我有一个关于凝胶的孔弹性松弛和粘弹性松弛的问题。正如你所指出的,
“我们的压痕实验表明,共价交联海藻酸盐水凝胶的松弛行为不能用粘弹性来解释,而与孔弹性一致”。

你能更详细地解释一下吗?我对粘弹性不太熟悉,在图4(b)中,F/h^2具有应力的维度,F/h^2与t的关系代表了表观松弛行为,为什么这种松弛曲线不能用粘弹性来解释?仅仅因为粘弹性松弛时间取决于h的大小?

2.你能推荐一些关于孔弹性松弛时间(在接触半径上是二次的)的论文吗?

3.本文还对压痕进行了有限元模拟,仅通过有限元模拟就能得到凝胶的孔隙弹性特性吗?

谢谢你!
联华

胡余航的照片

嗨,莲花,

压痕可以作为区分粘弹性和孔隙弹性的有效方法,这是本文的重点之一。凝胶的时间依赖行为可能是由于聚合物网络的粘性松弛或溶剂分子在其中的扩散。粘性时间与尺寸无关,而扩散时间与长度的平方无关。在这个缩进问题中,h是唯一的长度尺度。因此,如果压痕深度较大,扩散时间可能比粘性松弛时间大得多。在这种情况下,如果我们的观测时间足够长,我们将主要观察扩散效应。

你是对的,松弛行为也可以由粘弹性引起。但在毫米长度尺度下(如我的实验所示),孔隙弹性占上风。如果我们将压痕深度缩小到微米或纳米,我们很有可能同时观察到粘弹性和孔弹性效应。我也愿意在以后的工作中捕捉到它。

你可参考以下资料:

许传英,林玉玉,张福灿,林文昌,林文昌。高分子材料科学B辑:高分子材料科学与工程,2006,32(1):1 - 4。

李建军,杨建军,中国生物医学工程学报(英文版),2009(1)。

李涵的照片

余航,干得好!这只是我的两分意见。也许比较由压痕测量得到的扩散系数与直接荧光测量得到的扩散系数是值得的,只是为了看看这种方法有多准确。同时,你知道为什么随着时间的推移,数值模拟似乎越来越偏离你的实验数据吗?

再次祝贺你。

李韩

胡余航的照片

你好,李涵。

谢谢你的宝贵意见。

事实上,需要做更多的实验来进一步验证这种方法。

与荧光法比较是一种很好的方法。

海藻酸盐凝胶是自降解的。

它的进一步放松可能是由于它。

在接下来的另一项工作中,我将在PDMS凝胶上展示更好的结果。

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