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钟乳石,还能是“弹性”的?登上顶刊!

高分子科学前沿  · 公众号  · 化学  · 2024-12-26 07:54
    

主要观点总结

本文研究了在可固化弹性体中利用瑞利-泰勒不稳定性产生类似钟乳石和冰柱的细长结构的过程。通过重复的涂覆-流动-固化过程,产生了一种名为“flexicles”的结构。文章介绍了flexiles的形成过程、图案变化、内部结构以及变形行为。研究还发现,尽管结构形成看似无序,但平均高度随涂覆次数线性增长,并最终收敛为圆锥形。该研究平衡了模式形成中的秩序与无序,并为相关领域的进一步研究提供了参考。

关键观点总结

关键观点1: 利用瑞利-泰勒不稳定性在可固化弹性体中产生类似钟乳石和冰柱的细长结构。

普林斯顿大学P.-T. Brun团队通过重复的涂覆-流动-固化过程,产生了名为“flexicles”的结构。这些结构类似于地质现象中的钟乳石和冰柱。

关键观点2: Flexiles的形成过程及图案变化。

作者研究了flexiles的迭代增长过程,初始为液态的涂层在固化后形成弹性固体。每一层流体聚合物在加速度场的作用下流动,并在施加后续涂层之前允许其固化。这个过程产生了细长、锥形的结构。

关键观点3: Flexiles的内部结构和变形行为。

作者研究了flexiles的内部结构,发现每一层由一个薄膜组成,连接到较厚的悬滴区域。同时,作者还考察了这类结构的可变形性,通过开展压痕测试和建立简化模型来预测结构的响应。


文章预览

在自然界中,生长和模式形成是相辅相成的,产生了复杂的形态。这些复杂的图案不仅在生物体中非常显著,同时也在无机环境中普遍存在。例如冰柱、钟乳石,这些地貌结构是通过冻结或沉积不断添加物质而发展形成的。凝固过程通常与涂覆在这些结构上的液膜流动过程相耦合,导致了这些液膜在底层上是不稳定的。薄膜中的瑞利-泰勒不稳定性(Rayleigh-Taylor instability,RTI)是一个经典的流体动力学问题,其中界面张力的稳定作用和重力的不稳定作用之间的拉扯产生了涂覆中的液滴。这些液滴的特征长度可以通过线性稳定性分析很好地捕捉,并且它们以不同对称性的各种图案排列。随着时间的推移,液滴逐渐滴落,悬挂的液滴数量逐渐减少。可固化液体中断了滴落过程并形成了皱褶的固体,其形状是由流动与凝固之间的相互作用赋予的。在更简单 ………………………………

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