Подавление отсроченного разрушения в полиамфолитных гидрогелях за счёт микрофазово-разделённой структуры

Полиамфолитные (PA) гидрогели, отличающиеся уникальными микрофазово-разделёнными структурами, демонстрируют выдающуюся прочность и способность к самовосстановлению, что делает их перспективными кандидатами для несущих мягких материалов. Исследование поведения отсроченного разрушения этих материалов при релаксации напряжения и их микроскопических механизмов разрушения важно для прогнозирования их долговременной надёжности. Целью настоящей работы является выяснение ключевой роли микрофазово-разделённой структуры в управлении механизмом отсроченного разрушения PA гидрогелей. Путём настройки концентрации химического сшивающего агента мы синтезировали гидрогели с микрофазово-разделённой и однофазной структурами и систематически сравнили их реакции при релаксации напряжения. Однофазные гидрогели демонстрируют типичное поведение отсроченного разрушения при релаксации напряжения: время разрушения быстро уменьшается по мере приближения заданной релаксационной деформации к растягивающей деформации разрушения. В пределах настоящего экспериментального окна время жизни при отсроченном разрушении эмпирически зависит экспоненциально от разности деформаций (εf – εr), где εr — заданная релаксационная деформация, а εf — деформация разрушения при одноосном растяжении. Напротив, микрофазово-разделённые гидрогели не проявляют отсроченного разрушения даже когда приложенная деформация приближается к εf. Эта замечательная устойчивость обусловлена их многоуровневыми механизмами диссипации энергии, включая обратимое диссоцирование ионных связей, проскальзывание пучков, разрушение жёстких доменов и перераспределение напряжений в мягкой фазе. Этот механизм эффективно подавляет макроскопическое отсроченное разрушение в пределах экспериментального окна. Работа показывает, что проектирование микрофазово-разделённой архитектуры является эффективной механистической стратегией для подавления отсроченного разрушения.