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超高电场作用下聚合物的折痕不稳定性
物理评论通讯，出版中
文摘:我们报道了一种新型的基底键合弹性聚合物在超高电场作用下的不稳定性。一旦电场达到一个临界值，聚合物最初平坦的表面就会局部折叠，形成折痕图案。随着电场的进一步增大，折痕的尺寸增大，密度减小，并在聚合物中显著地演变成凹坑。电折痕不稳定性的临界场与聚合物模量的平方根成正比。线性稳定性分析高估了电压痕失稳的临界场。本文建立了一个理论模型，通过比较折痕态和平面态的势能来预测临界场。理论预测与实验结果吻合较好。
*信件应寄给谁。电子邮件:xz69@duke.edu
评论
亲爱的启明，这真的是一个
亲爱的启明，这真是一份整洁的工作。你能提出任何形成陨石坑的机制吗?定性或定量
回复盛强:坑穴失稳机理
亲爱的盛强，非常感谢你的评论。
让我们看一下论文中的图2(g-i)。当折痕形成时，在折痕的接触面上，电场垂直于表面，从而产生拉应力(图2(H))。在一个临界点上，拉应力拉开接触面形成陨石坑。随着电场的增大，陨石坑变得越来越大，越来越深。我们可以想象静电能和弹性能之间的竞争。这是一个定性的解释，而对陨石坑临界点的定量分析仍在研究中。
如何理解自由表面上的拉应力
你好，启明，谢谢你的回复。我对拉应力有点困惑。无论是折痕还是凹坑，靠近折痕/凹坑表面的法向应力不应该是压缩或为零吗?我在论文中看到了你的数值结果，有可能产生陨石坑吗?在模拟中，折痕/陨石坑周围的法向应力是多少?最后一个问题，在实验中，所有的折痕和凹坑都是可逆的吗?希望不会太打扰你。
回复盛强的三个优点
亲爱的盛强，你提得很好。
首先，你完全正确，陨石坑表面的总应力为零，折痕表面的总应力为零或为零。由于聚合物被视为理想介质，因此聚合物中的总应力是机械应力和电应力的总和。如图2(h)所示，垂直于折痕表面的机械应力是压缩的，但电应力是拉伸的，因为电场垂直于折痕表面。一旦拉伸电应力足够高，折痕表面的总应力降至0，折痕打开成一个陨石坑。
其次，利用ABAQUS对电压痕不稳定性进行了分析。但是，ABAQUS在模拟从折痕到陨石坑的过渡过程中不能收敛。
第三，并非所有的不稳定都是可逆的。在某些情况下，我们可以观察到聚合物的断裂特别是在坑穴不稳定性如文中所述。