湿热环境下工程水凝胶粘弹性性质的压痕测试和表征方法研究

基本信息
批准号:11802166
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:张强
学科分类:
依托单位:山西大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘志远,李宪军,朱翔,陶然
关键词:
工程水凝胶动态性能仪器化压痕技术水化性能蠕变和松弛
结项摘要

Engineering hydrogel is a new type of hydrogel material with high strength, toughness and multifunction, which has been widely applied in functional devices, biomedicine and tissue engineering. Viscoelasticity is one of the most typical mechanical characteristics of engineering hydrogels, and is also a key performance index that affects its design and engineering applications. In view of the shortages of research on viscoelasticity and microscopic mechanism of engineering hydrogels under complex environment conditions, this project intends to build an indentation experiment platform for viscoelastic properties of soft materials under hygrothermal condition and develop the corresponding quasi-static and dynamic indentation testing theory and parameter identification method. Then the viscoelastic properties of these materials under the coupling loading of heat, moisture and force can be the quantitatively characterized. Based on this, combined with hydration experiments and microscopic observation, hydration properties, the microstructural features, and static/dynamic viscoelastic properties of typical engineering hydrogels under hygrothermal environment were quantitatively characterized, which are utilized to analyze and reveal the viscoelastic deformation response mechanism of this kind of material under multi-field coupled loading of heat, moisture and force. The implementation of this project will help to improve the scientific understanding of the viscoelastic mechanical behavior of engineering hydrogels, and also have important guiding significance for the design and function development of new hydrogels.

工程水凝胶是具有高强韧和多功能特性的新型水凝胶材料,在功能器件、生物医学及组织工程等领域已展现出广泛的应用前景。粘弹性是工程水凝胶材料最典型的力学响应特征之一,同时也是影响其设计和工程应用的一项关键性能指标。针对复杂环境条件下工程水凝胶材料粘弹性性能和微观机理研究等方面的不足,本项目拟搭建湿热环境下水凝胶类材料粘弹性性能的压痕实验平台,并发展相应的准静态和动态压痕实验分析理论和参数识别表征方法,实现在热-湿-力多场耦合载荷作用下工程水凝胶材料粘弹性性能的定量表征;以此为基础,结合水化实验和微观观测等手段,表征典型工程水凝胶材料在湿热环境下的微结构特征、水化性能和静动态粘弹性性能,分析和揭示这类材料在热-湿-力多场耦合载荷作用下的粘弹性变形响应机制。本项目的实施将有助于增进对工程水凝胶材料粘弹性力学行为的科学理解,对于新型水凝胶材料的设计和功能开发也具有重要的指导意义。

项目摘要

水凝胶是当前软物质力学领域重要的研究对象,开展水凝胶类软湿材料物理和力学性能的研究对于促进其在功能器件、生物医学及组织工程和绿色能源与环境工程等领域的应用具有重要的意义。针对复杂湿热环境条件下工程水凝胶类实验表征和微观机理研究等方面的不足,本项目旨在搭建适用于水凝胶类软湿材料的湿热环境压痕实验测试平台,并发展相应的粘弹性压痕实验分析理论和参数识别方法;以此为基础,结合压痕实验、水化实验和微观观测等手段,开展典型工程水凝胶材料在湿-热-力多场耦合载荷作用下的粘弹性变形响应机制研究。本项目的研究结果对于提高水凝胶类软湿材料的实验测试能力和水平,更加全面地认识和理解这类材料的变形响应机制均具有重要的指导意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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