金属配位物理交联水凝胶的强韧化、结构化和可控变形研究
批准号:
12072316
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
钱劲
依托单位:
学科分类:
多场耦合与智能结构力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
钱劲
中文摘要
基于前期工作基础,申请人拟开展"金属配位物理交联水凝胶的强韧化、结构化和可控变形研究",时间为2021年1月至2014年12月。本项目以基于金属配位的物理交联水凝胶为研究对象,对该类物理交联水凝胶的大变形、粘弹性以及粘弹性所导致的率相关性和迟滞效应进行实验和理论研究,建立蕴含配位交联键解离、重连动力学及高分子网络构象变化等微观机制的本构理论,并定量描述该类凝胶的断裂、疲劳及自修复性能,揭示其能量耗散机制和强韧化机制。通过对材料在不同环境因素下的形性控制,研究其打印成型机理,为该材料体系与多种智能软材料的复合打印提供实验和理论依据。研究软材料/柔性结构复合体及其界面的大变形变构和力-热-光-盐-磁多场耦合行为,发展外场激励下材料和结构的精准可控变形及其调控方法。为金属配位物理交联水凝胶的设计制备及实际应用提供理论基础和方法支持。预期项目期间发表高质量学术论文8篇。
英文摘要
Based on the previous studies on related topics, the applicant proposes to work on the toughening, structuring and controllable deformation of physical hydrogels with dynamic metal-coordinated bonds. A central paradigm of this project is the combination of theoretical modeling and experimental measurements, to establish the constitutive model with the coupling between large deformation and pronounced rate-dependent viscoelasticity. The constitutive theory incorporates two main physical mechanisms: the microscopic kinetic dissociation/association of cross-links and inelastic conformational changes of gel networks. The work aims to simultaneously capture the time-dependent stress response, self-healing, fatigue as well as ultimate failure, and to uncover the mechanisms of energy dissipation and material toughening. This project will investigate the morphology-property regulation of the gel under different stimuli, paving the way for the 3D-printed composites/constructs using the mentioned gel and other soft materials. Also, this project will develop the precise and controllable deformation of gel composites through the coupling between deformation and externally imposed stimuli, such as temperature, optical, magnetic fields. These studies should provide theoretical guidance and methodological support for the design, synthesis and practical applications of the gel. The applicant expects to publish 8 papers in top-tier journals within this 4-year project.
在本项目(项目号:12072316)的直接资助下,项目负责人钱劲及课题组本年度围绕金属配位物理交联水凝胶的力学性能表征及本构建模、3D打印、可控变形开展理论建模、数值模拟和实验研究。在项目执行期间(2021年1月至2024年12月),已在《Advanced Functional Materials》(2篇)、《European Journal of Mechanics / A Solids》、《npj Flexible Electronics》等期刊上发表论文19篇(均已标注本项目资助),其中《Soft Matter》、《Journal of Materials Chemistry B》(2篇)入选当期封面论文,授权国家发明专利2项。.对照项目申请书的预期研究成果,项目目标完成情况如下:.1) 蕴含配位交联键解离、重连动力学及高分子网络构象变化等微观机制的金属配位物理交联水凝胶本构理论;.已完成,详见下文主要研究进展1、2。.2) 复杂精细凝胶结构及其复合体的一体化制造和形性控制方法;.已完成,详见主要研究进展3、4。.3) 新型智柔凝胶可控变形的材料-结构-功能映射关系;.已完成,详见主要研究进展5、6。.4) 在本领域有影响力的重要期刊上发表论文8篇,申请国家发明专利2项;.已完成,详见研究成果目录。.5) 结合本项目研究,培养博士生5名、硕士生2名。.已完成,详见人才培养情况。
全国固体力学青年学者学术研讨会
-
批准号:--
-
项目类别:--
-
资助金额:8万元
-
批准年份:2020
-
负责人:钱劲
-
依托单位:
聚合物交联网络的自组装与大变形耦合研究
-
批准号:11672268
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:56.0万元
-
批准年份:2016
-
负责人:钱劲
-
依托单位:
细胞与胞外基质界面黏附:随机动力学与变形理论的耦合研究
-
批准号:11202184
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:28.0万元
-
批准年份:2012
-
负责人:钱劲
-
依托单位:
国内基金
海外基金