Flaw‐Insensitive Hydrogels under Static and Cyclic Loads

自愈水凝胶 复合材料 材料科学 消散 聚乙烯醇 偏转(物理) 聚合物 断裂力学 各向异性 高分子化学 光学 热力学 物理
作者
Ruobing Bai,Jiawei Yang,Xavier Morelle,Zhigang Suo
出处
期刊:Macromolecular Rapid Communications [Wiley]
卷期号:40 (8) 被引量:48
标识
DOI:10.1002/marc.201800883
摘要

Abstract New applications of hydrogels draw growing attention to the development of tough hydrogels. Most tough hydrogels are designed through incorporating large energy dissipation from breaking sacrificial bonds. However, these hydrogels still fracture under prolonged cyclic loads with the presence of even small flaws. This paper presents a principle of flaw‐insensitive hydrogels under both static and cyclic loads. The design aligns the polymer chains in a hydrogel at the molecular level to deflect a crack. To demonstrate this principle, a hydrogel of polyacrylamide and polyvinyl alcohol is prepared with aligned crystalline domains. When the hydrogel is stretched in the direction of alignment, an initial flaw deflects, propagates along the loading direction, peels off the material, and leaves the hydrogel flawless again. The hydrogel is insensitive to pre‐existing flaws, even under more than ten thousand loading cycles. The critical degree of anisotropy to achieve crack deflection is quantified by experiments and fracture mechanics. The principle can be generalized to other hydrogel systems.
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