高靭性ダブルネットワークゲルの変形・破壊メカニズムの解明

阐明高韧性双网络凝胶的变形和断裂机制

基本信息

批准号：
15F15348
负责人：
グン剣萍
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-11-09 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15348/
关键词：
ゲル小角散乱放射光ダブルネットワークイオン結合異方性

项目摘要

本研究は、強靭なダブルネットワーク(DN)ゲル、およびその強靭化原理を応用して創製された各種強靭ゲル（例えばイオン結合からなるポリアンフォライト(PA)ゲル）の強靭化メカニズムを解明することを目的としており、本年度は以下の研究を行った。a) PAゲル、DNゲルに対する放射光小角X線散乱と延伸の同時測定と、力学物性との相関解明PAゲルとDNゲルの延伸時の構造変化を、超小角X線散乱測定によって測定した。以下、PAゲルの結果について示す。まずPAゲルの静的な構造について検討したところ、純粋にイオン結合からなるPA物理ゲルは明確な相分離構造を有し、化学架橋剤を加えて作成したPA化学ゲルは比較的均一な構造であることが分かった。また相分離構造の特徴的な長さは組成や化学種により100-1000nmスケールであることが示唆された。次いでPA物理ゲルについて延伸とX線散乱の同時測定を行ったところ、延伸が小さいときはアフィン変形が成り立つが、延伸が大きくなるとゲルのマクロな変形と相分離構造のミクロな変形が一致しなくなることが分かった。これは、相分離中の密な部分が変形に伴って部分的に破壊、あるいは降伏したものと考えられる。b) PAゲルに対するクリープ試験材料のクリープ挙動は、負荷がかかった材料の寿命と関連している。本年は組成の異なるPAゲルに対してクリープ試験を行った。PAゲルの破断に要する時間は、印加応力の増大に伴って指数関数的に減少した。このことは、PAゲルのクリープ破壊はその外力によって支配されるプロセスであることを示唆している。また、応力と破断時間との関係は、PA物理ゲルとPA化学ゲルによって異なっていた（物理ゲルは二重指数関数型、化学ゲルは単一指数関数型）。これはX線散乱測定によって明らかとなった両者の構造の違いに対応しているものと考えられ、今後の解析によって明らかにしていく。

本研究的目的是阐明坚韧双网络（DN）凝胶以及应用增韧原理创建的各种坚韧凝胶（例如由离子键制成的聚两性物（PA）凝胶）的增韧机理。以下研究。 a) 同时测量PA凝胶和DN凝胶的同步加速器小角X射线散射和拉伸，并阐明其与力学性能的相关性。通过超小角X射线测量PA凝胶和DN凝胶拉伸过程中的结构变化射线散射测量。 PA凝胶的结果如下所示。首先，我们研究了PA凝胶的静态结构，发现PA物理凝胶由纯离子键组成，具有清晰的相分离结构，而PA化学凝胶则通过添加化学交联剂形成，具有相对均匀的相分离结构。我发现了一些东西。还提出，相分离结构的特征长度在 100-1000 nm 范围内，具体取决于成分和化学物质。接下来，我们对PA物理凝胶进行了同步拉伸和X射线散射测量，发现当拉伸较小时，仿射变形成立，但当拉伸变大时，凝胶的宏观变形和微观变形会发生变化。我发现相分离的结构不再匹配。这被认为是因为相分离期间的致密部分由于变形而被部分破坏或屈服。 b) PA 凝胶蠕变试验材料的蠕变行为与材料在负载下的寿命有关。今年，我们对不同成分的 PA 凝胶进行了蠕变测试。随着施加应力的增加，PA 凝胶破裂所需的时间呈指数下降。这表明PA凝胶的蠕变破裂是一个受其外力支配的过程。此外，PA物理凝胶和PA化学凝胶的应力与破裂时间的关系也不同（物理凝胶为双指数型，化学凝胶为单指数型）。这被认为与 X 射线散射测量揭示的两者之间的结构差异相对应，并将通过未来的分析得到澄清。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Stretching-induced ion complexation in physical polyampholyte hydrogels

DOI：
10.1039/c6sm01833e
发表时间：
2016-01-01
期刊：
SOFT MATTER
影响因子：
3.4
作者：
Cui, Kunpeng;Sun, Tao Lin;Gong, Jian Ping
通讯作者：
Gong, Jian Ping

研究室ホームページ

实验室主页

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Tough and Self-Healing Elastomers Based on Sacrificial Bonds Concept

基于牺牲键概念的坚韧自修复弹性体

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Takayuki Kurokawa;Tasuku Nakajima;Takayuki Nonoyama;Liang Chen;Jian Ping Gong;Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Liang Chen
通讯作者：
Liang Chen

Osmotic Stress-Induced Viscoelastic-Glassy Transition of Polyampholytes

渗透应力诱导的聚两性电解质的粘弹性-玻璃态转变

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Takayuki Kurokawa;Tasuku Nakajima;Takayuki Nonoyama;Liang Chen;Jian Ping Gong;Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Kunpeng Cui
通讯作者：
Kunpeng Cui

Toughening mechanism of physical polyampholytes hydrogels

物理聚两性电解质水凝胶的增韧机理

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kunpeng Cui;Tao Lin Sun;Takayuki Kurokawa;Tasuku Nakajima;Takayuki Nonoyama;Liang Chen;Jian Ping Gong;Kunpeng Cui
通讯作者：
Kunpeng Cui