Stiffening solids with liquid inclusions

变硬 刚度 模数 复合数 复合材料 表面张力 微观结构 微观力学 变形(气象学) 材料科学 物理 机械 热力学
作者
Robert W. Style,Rostislav Boltyanskiy,Benjamin Allen,Katharine Jensen,Henry P. Foote,J. S. Wettlaufer,Eric R. Dufresne
出处
期刊:Nature Physics [Springer Nature]
卷期号:11 (1): 82-87 被引量:308
标识
DOI:10.1038/nphys3181
摘要

From bone and wood to concrete and carbon fibre, composites are ubiquitous natural and synthetic materials. Eshelby’s inclusion theory describes how macroscopic stress fields couple to isolated microscopic inclusions, allowing prediction of a composite’s bulk mechanical properties from a knowledge of its microstructure. It has been extended to describe a wide variety of phenomena from solid fracture to cell adhesion. Here, we show experimentally and theoretically that Eshelby’s theory breaks down for small liquid inclusions in a soft solid. In this limit, an isolated droplet’s deformation is strongly size-dependent, with the smallest droplets mimicking the behaviour of solid inclusions. Furthermore, in opposition to the predictions of conventional composite theory, we find that finite concentrations of small liquid inclusions enhance the stiffness of soft solids. A straightforward extension of Eshelby’s theory, accounting for the surface tension of the solid–liquid interface, explains our experimental observations. The counterintuitive stiffening of solids by fluid inclusions is expected whenever inclusion radii are smaller than an elastocapillary length, given by the ratio of the surface tension to Young’s modulus of the solid matrix. These results suggest that surface tension can be a simple and effective mechanism to cloak the far-field elastic signature of inclusions. Solids embedded with fluid inclusions are intuitively softer than their pure counterparts. But experiments show that when the droplets are small enough, material can become stiffer—highlighting a role for surface tension.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
pptt完成签到,获得积分10
刚刚
小门发布了新的文献求助10
刚刚
1秒前
1秒前
1秒前
孤独的绮玉完成签到,获得积分10
1秒前
无辜含桃完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
1秒前
Shelby完成签到,获得积分10
2秒前
笑笑笑发布了新的文献求助10
2秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
2秒前
123完成签到,获得积分10
2秒前
无花果应助呼呼哈哈采纳,获得10
3秒前
谭代涛发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
how完成签到,获得积分10
3秒前
水三寿发布了新的文献求助10
3秒前
方方方应助Lylin采纳,获得10
3秒前
漂亮恶天发布了新的文献求助10
3秒前
Jasper应助Sci采纳,获得10
4秒前
勤劳的安容完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
4秒前
FashionBoy应助无敌暴龙学神采纳,获得10
5秒前
南星完成签到,获得积分10
5秒前
thy完成签到,获得积分10
5秒前
规方矩圆发布了新的文献求助10
5秒前
aaa完成签到,获得积分10
5秒前
荻野千寻发布了新的文献求助10
5秒前
zhanghaonan发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
6秒前
6秒前
lihongchi发布了新的文献求助10
6秒前
odell发布了新的文献求助10
6秒前
my发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
李李发布了新的文献求助10
6秒前
完美世界应助蔡睿轩采纳,获得10
6秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 1000
BRITTLE FRACTURE IN WELDED SHIPS 1000
Entre Praga y Madrid: los contactos checoslovaco-españoles (1948-1977) 1000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
Encyclopedia of Materials: Plastics and Polymers 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 物理化学 电极 冶金 遗传学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6098080
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7927965
关于积分的说明 16418254
捐赠科研通 5228314
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2794369
邀请新用户注册赠送积分活动 1776805
关于科研通互助平台的介绍 1650783