芝加哥大学《自然·材料》振动诱导交联，机械适(2)

大量反应只是使骨骼和生物学适应如此有趣的一个方面。 Bone根据其微观结构和架构以动态方式修改其材料的属性。在更仔细地观察样本时，作者注意到样本沿振动轴具有不可见的可见变化（图4a）。这些特性在较长的振动时间和最大的力（2,000 Hz，1.2 N，13 h）下得到了增强。作者假设这些视觉特征可能反映了与不同聚合度有关的强度差异。为了测试这一点，作者通过原位机械压痕法测量了圆柱形样品的三个感兴趣区域（即在一个硬质区域中的两个位置，在一个软质区域中的一个位置）的弹性模量（E'）（图4a）。硬区中的两个位点分别显示出452和480 kPa的高E'值，约为软区（5 kPa）的90倍。根据光学图像，作者推测交联的开始可能是沿着振动轴产生了模量梯度，这似乎是对容器传播的振动的差异做出反应。虽然无法直接测量材料内的力梯度，但进行了有限元建模（FEM；图4d）。

图4：材料结构重塑和力分布模型。

作者假设应力分布与样品与样品瓶侧壁的紧密接触有关。因此，推测改变应力场会改变材料的响应。为此，作者不用小瓶摇动样品，使整个样品自由移动。与小瓶内的样品相比，样品的纵截面显示出较小的软区域，但E'（60 kPa）高得多（图4b）。有限元分析也部分支持了这一结果，在底部显示出更高的应力（图4e）。中心底部的这种不完全硬化可能是样品从固定螺柱上脱落的结果。尽管简化的FEM提出了分层应力分布，但这并不完全适合样品中心的高E'（502和613 kPa）。考虑到模型的部分一致性，作者建议对于溶剂的迁移，自由基的聚合和扩散如何有助于这种独特的模式仍有很多了解。最后，作者通过从长方体凝胶样品的中心切出一个三角棱镜来设计更复杂的几何形状（图4c）。如图FEM所示，这在两个底部顶点处产生了极高的应力（图4f）。

参考文献：doi.org/10.1038/s-021-00932-5

文章来源：《机械科学与技术》 网址: http://www.jxkxyjs.cn/zonghexinwen/2021/0302/380.html