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。

这项研究旨在阐明使用强化原则创建的坚硬双网（DN）凝胶（DN）凝胶和各种坚硬的凝胶的强化机制（例如，由离子键制成的多晶（PA）凝胶），今年我们进行了以下研究。 a）同时测量PA和DN凝胶的同步子小角度X射线散射和拉伸，以及与机械性能的相关性，以及阐明PA和DN凝胶之间的相关性。通过超小角度X射线散射测量测量，在PA和DN凝胶拉伸过程中的结构变化是测量的。 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，发现纯粹由离子键组成的PA物理凝胶具有清晰的相分离结构，并且通过添加化学交联链链链链式制备的PA化学凝胶具有相对均匀的结构。还提出，根据成分和化学物种的不同，相分离结构的特征长度为100-1000 nm。接下来，在PA物理凝胶上同时进行拉伸和X射线散射的测量，发现当拉伸很小时，可以实现仿射变形，但是当拉伸大量变形时，凝胶的宏观变形和相分离结构的显微脱发就不会重合。这被认为是相位分离的致密部分被部分破坏或屈服的结果。 b）蠕变测试材料针对PA凝胶的蠕变行为与负载材料的寿命有关。今年，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，打破PA凝胶所需的时间呈指数减少。这表明PA凝胶的蠕变分解是由其外部力量控制的过程。此外，PA物理凝胶和PA化学凝胶之间的压力与断裂时间之间的关系不同（物理凝胶是双重指数，化学凝胶是单个指数）。人们认为这与两者之间的结构差异相对应，这是通过X射线散射测量所揭示的，并将通过将来的分析来阐明。

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