Inverse mechanical-swelling coupling of a highly deformed double-network gel

肿胀 的 自愈水凝胶 材料科学 复合材料 软化 弹性(物理) 联轴节(管道) 超弹性材料 非线性弹性 变硬 反向 橡胶弹性 聚合物 非线性系统 高分子化学 数学 物理 量子力学 几何学
作者
Chika Imaoka,Tasuku Nakajima,Tsutomu Indei,Masaya Iwata,Wei Hong,Alba Marcellan,Jian Ping Gong
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:9 (19) 被引量:8
标识
DOI:10.1126/sciadv.abp8351
摘要

Mechanical behaviors of a polymer gel are coupled with its swelling behavior. It has been known that typical hydrogels display extension-induced swelling and drying-induced stiffening, called normal mechanical-swelling coupling. In this study, we experimentally found that highly extended double-network (DN) hydrogels exhibit abnormal inverse mechanical-swelling coupling such as extension-induced deswelling and drying-induced softening. We established theoretical hyperelastic and swelling models that reproduced all the complicated mechanical and swelling trends of the highly deformed DN hydrogels. From these theoretical analyses, it is considered that the inverse mechanical-swelling coupling of a DN gel is derived from the extreme nonlinear elasticity of its first network at its ultimate deformation state. These findings contribute toward the understanding of the mechanics of rubber-like materials up to their ultimate deformation and fracture limit.
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