Mikrohissəcik əsaslı poli(metil akrilat) filmi, ayrı-ayrılıqda sintez edilmiş polimer hissəciklərinin quruma zamanı bir-birinə yaxınlaşması və qonşu hissəciklərin səth zəncirlərinin interfeyslərdə bir-birinə nüfuz etməsi nəticəsində yaranan hissəcikli polimer materialdır. Bu tədqiqat 1,6-hexanediol dimethacrylate (Hdd) çarpaz bağlayıcısının 0,1, 3 və 5 mol% səviyyələrində istifadəsinin, film dartılarkən ayrı-ayrı hissəciklərin və hissəciklərarası interfeyslərin deformasiyasını necə dəyişdirdiyini, yükləmə və boşaltma boyunca eyni baxış sahəsini izləyən in situ atom-qüvvə mikroskopiyası ilə araşdırmışdır. Əsas nəticə budur ki, çarpaz bağlayıcı sıxlığı orta hissəcik uzanmasını sistematik şəkildə müəyyən etmir; əsasən deformasiyanın hissəciklər və dənələr arasında nə dərəcədə heterogen paylandığını idarə edir.

Makroskopik deformasiya λ_macro = 2,2 səviyyəsində üç filmin orta lokal qəfəs uzanmaları bir-birinə yaxındır: 0,1, 3 və 5 mol% Hdd üçün müvafiq olaraq 1,76, 1,81 və 1,85. Buna qarşılıq λ_local paylanmasının standart sapması aşağı çarpaz bağlayıcılı filmdə 0,17 olduğu halda, 3 və 5 mol% filmlərdə 0,08 və 0,10-dur. Hissəcik öz başlanğıc uzunluğuna görə normallaşdırıldıqda da 0,1 mol% filmdə deformasiya paylanmasının eni 0,29; digər iki filmdə 0,14 və 0,15-dir. Buna görə aşağı çarpaz bağlayıcılı filmin təxminən iki dəfə daha geniş deformasiya paylanması yalnız başlanğıcdakı hissəcik forma fərqlərinin daşınmasından qaynaqlanmır.

Bu davranış filmin başlanğıc teksturası ilə əlaqəlidir. 0,1 mol% film %34,1 dənə-sərhədi fraksiyası və geniş dənə istiqamətlənməsi paylanması ilə xırda dənəli polikristal səth yaratdığı halda, 3 və 5 mol% filmlərdə bu nisbət yalnız %5,8 və %5,6-dır və struktur böyük, tək-kristala-bənzər sahələrdən ibarətdir. Aşağı çarpaz bağlayıcılı filmdə zəncirlərin interfeyslərdə daha dərin bir-birinə nüfuz etdiyini göstərən daha dayaz başlanğıc yivləri mövcuddur. Tədqiqatın təklif etdiyi mexanistik zəncir; çarpaz bağlanma → interfeys nüfuzetməsi → başlanğıc qəfəs teksturası → dənə istiqamətlənməsi → deformasiya heterogenliyi şəklindədir. Lakin tədqiqat hər tərkib üçün yalnız bir film və bir AFM sahəsini araşdırmış, birbaşa gərginlik–deformasiya və ya qırılma sınağı aparmamışdır.

Mikrohissəcik əsaslı polimer film niyə fərqli mexaniki sistemdir?

Ənənəvi vahid polimerdən fərqli olaraq, bu materialda mexaniki quruluş təxminən yarım mikrometr diametrli polimer mikrohissəciklərinin birləşməsi ilə yaranır. Film formalaşarkən su buxarlanır, hissəciklər qablaşdırılır, bir-biri ilə təmas edir və səthlərindəki polimer zəncirləri qonşu hissəciklərin zəncirləri ilə interfeys boyunca bir-birinə nüfuz edir. Müəlliflərin istifadə etdiyi konseptual modeldə hissəcik nüvələrini şəbəkənin “düyünləri”, hissəciklərarası bir-birinə nüfuz etmiş zəncirləri isə bu düyünləri birləşdirən “bağlar” kimi düşünmək olar.

Buna görə filmin mexaniki davranışını yalnız bir hissəciyin sərtliyi ilə izah etmək kifayət deyil. Hissəciklərin bir-birinə necə bağlandığı, film yaranarkən necə qablaşdırıldığı, meydana gələn kristala-bənzər sahələrin hansı istiqamətlərə yönəldiyi və yük altında bu sahələrin bir-birinə nəzərən necə hərəkət etdiyi də vacibdir.

Çarpaz bağlayıcının əsas rolu

Tədqiqatda çarpaz bağlayıcı kimi 1,6-hexanediol dimethacrylate (Hdd) istifadə edilmişdir. Hdd miqdarı artdıqca hissəciklərin daxilindəki polimer şəbəkəsi daha sıx çarpaz bağlanır. Əvvəlki tədqiqatlar bu kimyəvi sistemdə daha aşağı çarpaz bağlayıcı tərkibinin hissəciklər arasında daha dərin zəncir interpenetrasiyasına, daha yüksək çarpaz bağlayıcı tərkibinin isə daha məhdud interpenetrasiyaya səbəb olduğunu göstərmişdir.

Bu tədqiqat əsasən “daha az çarpaz bağlayıcı hissəciyi daha çox uzadırmı?” sualını deyil, daha incə bir sualı yoxlayır: eyni ümumi deformasiya hissəcik şəbəkəsi daxilində nə qədər bərabər və ya qeyri-bərabər paylaşılır?

Çarpaz Bağlayıcı Sıxlığı Hissəciklərin Orta Uzamasınımı Müəyyən Edir?

Xeyr. Araşdırılan 0,1, 3 və 5 mol% Hdd filmlərində başlanğıcdan λ_macro = 2,2-yə qədər xalis normallaşdırılmış hissəcik uzanması müvafiq olaraq təxminən +0,62, +0,53 və +0,65-dir; bu dəyərlər çarpaz bağlayıcı sıxlığı ilə monoton və ya sistematik dəyişiklik göstərmir. Çarpaz bağlayıcının aydın təsiri orta uzanma böyüklüyündən çox, uzanmanın hissəciklər arasında nə qədər geniş paylanma göstərməsidir.

Makroskopik uzanma ilə səth uzanması eyni deyil

Tədqiqatda nümunənin sıxaclar arasındakı uzanması:

\[ \lambda_{\mathrm{macro}}=\frac{L}{L_0} \]

şəklində müəyyən edilmişdir. Burada L₀ başlanğıc sıxac məsafəsi, L isə dartmadan sonrakı məsafədir. λ_macro = 1 gərginləşdirilməmiş vəziyyəti, 2 isə sıxac məsafəsinin başlanğıc uzunluğunun iki qatına çatmasını ifadə edir.

AFM təsvirlərinin SIFT ilə hizalanmasından əldə edilən qlobal affin çevrilmənin dartılma istiqamətindəki əsas uzanması isə λ_image,y adlandırılmışdır. Əgər bütün AFM səthi makroskopik deformasiyanı ideal və homogen şəkildə izləsəydi, λ_image,y ilə λ_macro təxminən birə-bir irəliləyərdi. Əslində hər üç film bu ideal xətdən yayınmışdır.

Erkən yükləmə zamanı 0,1 mol% filmdə səth deformasiyası makroskopik uzanmadan geri qalmışdır. Lakin λ_macro = 2,2-də üç filmin λ_image,y dəyərləri 1,82, 1,82 və 1,84-ə yaxınlaşmışdır. Buna görə aşağı çarpaz bağlayıcılı film başlanğıcda deformasiyanı daha heterogen şəkildə paylasa da, daha böyük uzanmada səthin orta deformasiya ötürülməsi digər filmlərə yaxınlaşmışdır.

Non-affin deformasiya nə deməkdir?

“Affin” deformasiya bütün nöqtələrin vahid geometrik çevrilmə ilə izah oluna bildiyi ideal, bərabər deformasiyadır. Real materialda müxtəlif bölgələr bu ideal çevrilmədən yayınırsa, hərəkət “non-affin” kimi müəyyən edilir.

Tədqiqatın sahə miqyasındakı non-affin residual metrikası müşahidə olunan hissəcik hərəkətlərinin bütün təsvir üçün hesablanan vahid qlobal affin çevrilmədən nə qədər uzaqlaşdığını ölçür. Erkən yükləmədə 0,1 mol% filmdə bu residual təxminən 0,8-ə çatmış və 3 ilə 5 mol% filmlərin dəyərlərindən təxminən yeddi-doqquz dəfə böyük olmuşdur. λ_macro = 2,2-yə çatdıqda fərq təxminən üç dəfəyə enmişdir.

Boşaltmada 0,1 mol% filmin residual dəyəri təxminən 0,2-yə enərək yüksək çarpaz bağlayıcılı filmlərə yaxınlaşmışdır. Beləliklə, yükləmə zamanı inkişaf edən iri miqyaslı non-affin deformasiyanın mühüm hissəsi qalıcı zədə deyil, geri qazanıla bilən struktur yenidənqurulmasıdır.

Non-Affin Deformasiya Hissəcik Qəfəsindəmi, Yoxsa Dənə Miqyasında Yaranır?

Tədqiqatın nəticələri artıq non-affin deformasiyanın əsasən tək hissəciyin yaxın qonşu qəfəsi daxilində deyil, daha böyük mezoskopik dənə və yerdəyişmə sahələri miqyasında meydana gəldiyini göstərir. 0,1 mol% filmdə sahə miqyasındakı residual yüksək çarpaz bağlayıcılı filmlərdən bir neçə dəfə böyük olduğu halda, Falk–Langer D²_min ilə ölçülən yaxın-qonşu qəfəs non-affinliyi yalnız mülayim şəkildə artmışdır.

Təmsilçi yüklənmiş vəziyyətdə normallaşdırılmış D²_min göstəricisi 0,1, 3 və 5 mol% filmlər üçün təxminən 0,19, 0,14 və 0,16 səviyyəsindədir. Bu kiçik fərq sahə miqyasındakı yeddi-doqquz qat fərqdən tamamilə fərqlidir. Nəticə göstərir ki, qonşu hissəciklər kiçik lokal qruplar halında nisbətən uyğun hərəkət etməyə davam edir; əsas heterogenlik isə müxtəlif dənələrin və daha geniş bölgələrin bir-birindən fərqli yerdəyişmələrindən qaynaqlanır.

Filmlərin başlanğıc teksturası eyni deyil

Dənə sərhədi başlanğıc vəziyyətdə bir hissəciyin qonşuları ilə qəfəs istiqamətlənməsi fərqinin 5°-dən böyük olduğu bölgələr əsasında müəyyən edilmişdir. Bu meyara görə aşağı çarpaz bağlayıcılı filmin dənə-sərhədi sıxlığı digər iki filmin təxminən altı qatıdır.

Heksaqonal struktur dartıldıqca necə dəyişir?

Başlanğıcda hər üç filmdə dominant nizam heksaqonaldır. Təkoxlu dartılma irəlilədikcə heksaqonal populyasiya azalır, square və linear kimi təsnif edilən lokal nizamlar isə artır.

Təxminən λ_macro = 1,8 ətrafında 3 və 5 mol% filmlərin hər ikisi square-dominant vəziyyətə çatır. Bu nöqtədə 3 mol% filmdə heksaqonal və square fraksiyalar təxminən %24,7 və %66,7; 5 mol% filmdə isə %22,5 və %67,8-dir.

Daha sonrakı dartılmada iki film fərqli davranır. 3 mol% film yenidən heksaqonal çoxluğa qayıdır və λ_macro = 2,2-də heksaqonal fraksiya %68,9-a çatır. Müəlliflər bunu yenidən istiqamətlənmiş üçbucaqlı qəfəsə keçid, yəni re-entrant yenidənqurulma kimi şərh edirlər. 5 mol% film isə bu yenidən kilidlənməni tamamlamır və square-dominant olaraq qalır.

0,1 mol% film λ_macro = 2,2-də xeyli daha heterogendir: təxminən %40,0 linear, %36,6 heksaqonal və %18,4 square lokal nizam ehtiva edir. Bu böyük linear populyasiya xırda dənəli filmin müxtəlif istiqamətlərdəki sahələrinin dartılma oxu boyunca yenidən düzülə bilməsi ilə əlaqələndirilmişdir.

Boşaltmada qəfəs nizamı geri qayıdırmı?

Bəli. Tam boşaldılmış 0,1 və 3 mol% filmlərdə heksaqonal fraksiya müvafiq olaraq %89,7 və %98,6-ya qayıtmışdır; başlanğıc dəyərlər %89,6 və %98,3-dür. Bu çox yaxın geri dönüş yükləmə altında görünən böyük qəfəs dəyişikliklərinin bu deformasiya diapazonunda böyük ölçüdə elastik və bərpa olunan olduğunu göstərir.

5 mol% film tam boşaldılmamışdır. Yavaş yığılma səbəbindən bu nümunədə izləmə λ_macro = 1,8-ə qədər davam etdirilmiş və buna görə digər iki filmlə tam bərpa müqayisəsi aparılmamışdır.

Aşağı Çarpaz Bağlayıcı Sıxlığı Niyə Daha Heterogen Deformasiya Yaradır?

Tədqiqatın təklif etdiyi mexanizmə görə aşağı çarpaz bağlayıcı sıxlığı film formalaşması zamanı hissəcik səthlərindəki zəncirlərin daha dərin bir-birinə nüfuz etməsinə imkan verir; bu hal çoxsaylı müxtəlif istiqamətli kiçik kristala-bənzər sahələri ehtiva edən xırda dənəli polikristal tekstura yaradır və dartılma zamanı müxtəlif istiqamətlərdəki bu dənələr fərqli dərəcədə yenidən qurulduğu üçün deformasiya geniş və heterogen paylanmaya çevrilir.

Dənə sərhədləri “yumşaq nöqtələr” deyil

Mühüm nəticələrdən biri budur ki, yüksək dənə-sərhədi sayının səbəbi hər bir dənə sərhədinin birbaşa daha çox uzanması deyil. λ_macro = 2,2-də dənə sərhədi hissəcikləri ilə dənədaxili hissəciklər arasındakı λ_local fərqi median olaraq ən çox +%2,9, orta hesabla isə ən çox +%3,5-dir.

Başqa sözlə, aşağı çarpaz bağlayıcılı filmin heterogenliyi “dənə sərhədlərinin həddindən artıq yumşaq olması” modeli ilə izah edilmir. Çarpaz bağlayıcı sıxlığı daha çox neçə müxtəlif istiqamətdə dənə olduğunu müəyyən edir; hər dənənin dartılma oxuna görə istiqaməti isə onun necə yenidən qurulacağını müəyyənləşdirir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Material sistemi

Poli(metil akrilat) (pMA) mikrohissəcikləri səthi aktiv maddə istifadə olunmayan emulsiya polimerləşməsi ilə hazırlanmışdır. Çarpaz bağlayıcı kimi 1,6-hexanediol dimethacrylate (Hdd) istifadə edilmiş və filmlər pMA-Hx formasında, x = 0,1, 3 və 5 mol% Hdd olmaqla adlandırılmışdır.

Hissəcik diametrləri üç tərkib arasında %15-dən az fərqlənmişdir. Bu hal müşahidə olunan mexaniki/tekstural fərqlərin yalnız böyük hissəcik ölçüsü dəyişikliyinə endirilməsinin qarşısını alır.

Filmin hazırlanması

Sulu pMA mikrohissəcik dispersiyaları Teflon altlıq üzərinə tökülmüş və təxminən 25 °C-də qurudulmuşdur. Bu temperatur hər üç tərkibin şüşələşmə keçid temperaturundan təxminən 10 °C yüksəkdir. Su buxarlanarkən hissəciklərin qablaşdırılıb deformasiyaya uğradığı və qonşu səth zəncirlərinin bir-birinə nüfuz edərək filmi yaratdığı qəbul edilir.

Yaranan filmlər AFM təcrübələri üçün 5 mm × 8 mm nümunələrə kəsilmişdir.

In situ AFM və təkoxlu dartılma qurğusu

Səth quruluşu xüsusi hazırlanmış uc-taramalı atom-qüvvə mikroskopu və təkoxlu dartılma səhnəsi ilə izlənmişdir. Üçoxlu piezo skaner hər ox üzrə 300 µm hərəkət diapazonuna malikdir. Bu böyük yanal diapazon hər dartılma addımından sonra eyni baxış sahəsinin yenidən tapılmasını təmin etmişdir.

• AFM təsvir sahəsi: 30 µm × 30 µm.
• Təsvir ayırdetməsi: 512 × 512 piksel.
• Dartılma sürəti: 10 mm/dəqiqə.
• Aparıcı vint addımı: 1 mm.
• AFM rejimi: tapping mode.
• Mühit temperaturu: təxminən 25 °C.
• Zondun nominal rezonans tezliyi: təxminən 160 kHz.
• Yay sabiti: 5 N/m.
• Uc radiusu: <8 nm.

Yükləmə λ_macro-da 0,2-lik artımlarla tətbiq edilmişdir. Hər deformasiya vəziyyətində təsvirin alınması təxminən 5 dəqiqə çəkmiş və film bu müddətdə sabit saxlanmışdır. Müəlliflər bu səbəbdən təcrübələri quasi-static kimi qiymətləndirmişdir.

Eyni hissəciyin yükləmə və boşaltma boyunca izlənməsi

Bu tədqiqatın mühüm metodoloji yeniliyi hər deformasiya pilləsində fərqli səth bölgəsini təsvir etmək əvəzinə eyni baxış sahəsinin yenidən tapılmasıdır. Beləliklə, bir mikrohissəciyin, onun başlanğıcdakı altı ən yaxın qonşusunun və müəyyən hissəcik cütlərinin yükləmə və boşaltma tarixçəsi qorunmuşdur.

Ardıcıl AFM təsvirləri əvvəlcə SIFT ilə hizalanaraq hər iki vəziyyət arasındakı ən yaxşı qlobal affin çevrilmə hesablanmışdır. Daha sonra hissəciklər marker-controlled watershed alqoritmi ilə seqmentləşdirilmiş, ellipslərlə modelləşdirilmiş və strain pillələri arasında kimlikləri kilidlənmiş trayektoriyalar halında uyğunlaşdırılmışdır.

Hissəcik uzunluğunun tərifi

Ellipsə uyğunlaşdırılmış hissəciyin böyük ox uzunluğu a_k, başlanğıc radial paylanma funksiyasından əldə edilən xarakterik hissəciklərarası məsafə R₁ ilə normallaşdırılaraq:

\[ \lambda_{\mathrm{particle}}=\frac{a_k}{R_1} \]

müəyyən edilmişdir.

Bu kəmiyyət real tək-hissəcik deformasiya nisbəti deyil; tərkibə məxsus R₁-ə görə normallaşdırılmış hissəcik uzunluğudur. Buna görə tədqiqat başlanğıc forma polidispersliyinin paylanma enini süni şəkildə artırıb-artırmadığını ayrıca yoxlamış və hər hissəciyi öz başlanğıc böyük oxu a₀-a görə a_k/a₀ formasında normallaşdırmışdır.

Hissəcik deformasiyasının əsas nəticəsi

Orta göstəricilər bir-birinə yaxın olsa da, paylanma enləri aydın şəkildə fərqlidir. Bu, tədqiqatın başlığındakı “particle stretch əvəzinə strain distribution” fərqinin kəmiyyət əsasını təşkil edir.

Kiçik oxun davranışı

Hissəciyin kiçik ellips oxu b_k üçün:

\[ \lambda_{\mathrm{minor}}=\frac{b_k}{R_1} \]

istifadə edilmişdir. λ_macro = 2,2-də orta λ_minor dəyərləri müvafiq olaraq 0,98 ± 0,22, 0,98 ± 0,10 və 1,02 ± 0,12-dir.

Hər hissəciyin kiçik oxu öz başlanğıc dəyəri b₀-a normallaşdırıldıqda 3 və 5 mol% filmlər təxminən 0,99 və 0,97 səviyyəsində qalır, 0,1 mol% film isə təxminən 0,93-ə enir. Beləliklə, aşağı çarpaz bağlayıcılı hissəciklərdə böyük ox boyunca uzanmanı müşayiət edən təxminən %7-lik daha aydın eninə daralma mövcuddur.

Hissəcik formasının elastik bərpası

0,1 mol% filmdə orta aspect ratio yük altında 2,36-ya qalxmış və tam boşaltmada 1,24-ə qayıtmışdır; başlanğıc dəyər 1,22-dir. 3 mol% filmdə aspect ratio 1,12-dən 1,84-ə qalxmış və yenidən 1,12-yə qayıtmışdır.

Paylanma eni də bərpa olunmuşdur. 0,1 mol% filmdə λ_particle standart sapması yüklü vəziyyətdə 0,30 olduğu halda boşaltmadan sonra 0,21-ə qayıtmış; başlanğıc dəyər 0,23 olmuşdur. 3 mol% filmdə 0,15-dən 0,10-a enmiş və başlanğıcdakı 0,11 dəyərinə yaxınlaşmışdır.

Lokal nizam ilə hissəcik uzanması arasındakı əlaqə

0,1 mol% filmdə λ_macro = 2,2-də heksaqonal bölgələrdəki hissəciklərin orta λ_particle dəyəri 1,64 olduğu halda, linear-bənzər düzülüşlərdə 1,88-dir. Dominant lokal nizam ilə λ_particle arasında Spearman ρ = −0,43 tapılmışdır.

3 mol% film üçün ρ = −0,409, 5 mol% film üçün isə yalnız −0,108-dir. Müəlliflər bu əlaqələri müstəqil statistik sübut kimi deyil, eyni AFM sahəsində məkan baxımından korrelyasiyalı hissəciklərdən əldə edilmiş təsviri effekt ölçüləri kimi şərh edirlər.

Hissəciklərarası yiv dərinliyi və zəncir interpenetrasiyası

AFM səthində iki qonşu hissəcik arasındakı yivin dərinliyi hissəcik səthləri arasındakı interpenetrasiya üçün real-məkan göstəricisi kimi istifadə edilmişdir. Zəncirlər daha dərin şəkildə bir-birinə nüfuz etdikdə iki hissəcik arasındakı vadinin dibi yüksəldiyi üçün daha dayaz yiv daha dərin interpenetrasiya ilə əlaqəlidir.

Dartılma istiqamətindəki yivlər deformasiya artdıqca dərinləşmişdir. λ_macro = 2,2-də başlanğıca nəzərən artımlar 0,1, 3 və 5 mol% üçün təxminən +36, +28 və +36 nm-dir. Müəlliflər bu artımı bir-birinə nüfuz etmiş interfeys zəncirlərinin mexaniki olaraq dartılması ilə uyğun hesab edirlər.

Eninə istiqamətdə isə tam əksi baş vermişdir: qonşular Poisson daralması ilə bir-birinə yaxınlaşdıqca yivlər dayazlaşmışdır. λ_macro = 2,2-də xalis dəyişikliklər müvafiq olaraq −12, −17 və −28 nm-dir.

Bu eninə nəticə şərh edilərkən mühüm metodoloji məhdudiyyət mövcuddur. Dartılma zamanı bağlar fırlandığı üçün “eninə bağ” bucaq pəncərəsindən çıxa bilir və təhlil edilən bağların sayı 0,1, 3 və 5 mol% filmlərdə başlanğıcdakı 5.686, 6.915 və 8.185 səviyyələrindən λ_macro = 2,2-də 1.542, 564 və 1.151-ə enir. Buna görə eninə yiv əyrisi yükləmənin sonunda başlanğıcdakı bağ populyasiyasının hamısını təmsil etmir.

İnterfeyslər boşaltmada bərpa olunurmu?

0,1 və 3 mol% filmlərdə həm oxboyu, həm də eninə yivlər boşaltma zamanı başlanğıc dəyərlərinə əhəmiyyətli dərəcədə yaxınlaşmışdır. ΔZ_far, 0,1 mol% filmdə başlanğıc 40,8 nm-dən çevrim sonunda 43,3 nm-ə; 3 mol% filmdə 54,0 nm-dən 58,4 nm-ə qayıtmışdır. ΔZ_trans isə müvafiq olaraq 31,8 → 35,0 nm və 46,2 → 45,6 nm olmuşdur.

Yükləmə və boşaltma yolları tam üst-üstə düşməmişdir; buna görə mülayim histerezis mövcuddur. Lakin ümumi bərpa qalıcı plastik interfeys qırılması əvəzinə fiziki olaraq bir-birinə nüfuz etmiş zəncirlərin geri dönə bilən yenidənqurulması ilə uyğun gəlir.

5 mol% filmdə yiv dərinliyi təhlilinin boşaltma qolu λ_macro = 2,0-də bitirilmişdir. λ_macro = 1,8 təsvirində AFM ucunun kütləşməsinə işarə edən qəfil kontrast dəyişikliyi görüldüyündən bu kadr yiv təhlilindən çıxarılmışdır.

Strukturdan deformasiya heterogenliyinə təklif olunan zəncir

1. Çarpaz bağlayıcı sıxlığı hissəcik şəbəkəsinin sıxlığını dəyişdirir.
2. Aşağı çarpaz bağlanma film formalaşarkən daha dərin hissəciklərarası zəncir interpenetrasiyasına imkan verir.
3. Bu interpenetrasiya rejimi çoxsaylı kiçik və fərqli istiqamətlənmiş dənələr ehtiva edən başlanğıc tekstura ilə əlaqəlidir.
4. Fərqli dənə istiqamətlənmələri təkoxlu dartılma zamanı fərqli struktur çevrilmə yollarına daxil olur.
5. Beləliklə, orta hissəcik uzanması çox dəyişmədən deformasiya paylanması genişlənir.
6. Artıq non-affinity tək-hissəcik qəfəsindən daha çox mezoskopik dənə miqyasında meydana çıxır.

Tədqiqatın birbaşa dəstəklədiyi nəticələr

• 0,1 mol% film 3 və 5 mol% filmlərdən təxminən altı dəfə daha yüksək dənə-sərhədi fraksiyasına malikdir.
• Aşağı çarpaz bağlayıcılı filmdə λlocal və tək-hissəcik uzanma paylanmaları təxminən iki dəfə daha genişdir.
• Üç tərkibdə orta xalis hissəcik uzanması sistematik çarpaz bağlayıcı asılılığı göstərmir.
• Aşağı çarpaz bağlayıcılı filmdə sahə miqyasındakı non-affin residual erkən yükləmədə xeyli daha böyükdür.
• Cage-scale D²min fərqi sahə miqyasındakı fərqdən xeyli kiçikdir.
• 0,1 və 3 mol% filmlərdə lokal nizam, hissəcik forması və interfeys yiv dərinliyi boşaltmada böyük ölçüdə bərpa olunur.
• Başlanğıc yiv dərinlikləri artan çarpaz bağlayıcı tərkibi ilə artır və bu hal azalan interfeys interpenetrasiyası ilə uyğundur.

Tədqiqatın birbaşa dəstəkləmədiyi nəticələr

• Bu təcrübə 0,1 mol% filmin 3 və ya 5 mol% filmdən müəyyən miqdarda daha möhkəm olduğunu birbaşa ölçmür.
• Bu təcrübədə gərginlik–deformasiya əyrisi, Young modulu, qırılma deformasiyası və ya qırılma enerjisi ölçülməmişdir.
• Hər tərkib üçün yalnız bir tökmə film olduğuna görə tərkiblərarası fərqlərin müstəqil nümunələrdə təkrarolunarlığı hələ göstərilməmişdir.
• AFM yalnız sərbəst səthi ölçdüyü üçün filmin həcm daxilindəki bütün deformasiya sahəsinin eyni olduğu birbaşa sübut edilməmişdir.
• 0,1 ilə 3 mol% arasında məlumat nöqtəsi olmadığından həqiqi kritik “hədd” çarpaz bağlayıcı konsentrasiyası müəyyən edilə bilməz.
• Müşahidə olunan rejim sərhədi həqiqi hədd əvəzinə çox kəskin, lakin davamlı/doymaya çatan konsentrasiya asılılığının bir hissəsi ola bilər.
• Araşdırılan maksimum λmacro dəyərləri filmlərin qırılma deformasiyalarından aşağıdır; tədqiqat deformasiya yolunun erkən hissəsini görüntüləyir.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal başlıq:Crosslinker Density Controls Strain Distribution Rather Than Particle Stretch in Microparticle-based Polymer Films

Yüklənmiş SSRN versiyasındakı müəllif sırası: Feng-Yueh Chan; Yuichiro Nishizawa; Yuma Sasaki; Daisuke Suzuki; Takayuki Uchihashi.

Məsul müəlliflər: Feng-Yueh Chan və Takayuki Uchihashi.

Qurumlar: Department of Physics, Nagoya University; Graduate School of Environmental, Life, Natural Science and Technology, Okayama University; Exploratory Research Center on Life and Living Systems, National Institutes of Natural Sciences.

Mənbə növü: Tədqiqat preprinti.

Platforma: SSRN.

SSRN qeydiyyat nömrəsi: 7360228.

SSRN DOI: 10.2139/ssrn.7360228.

SSRN təqdimetmə tarixi: 27 Avqust 2026.

Rəyçilik: Yüklənmiş versiya rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmişdir.

Paralel biblioqrafik qeyd: Eyni başlıq həmçinin ChemRxiv preprinti kimi institusional nəşr qeydlərində yer alır və 10.26434/chemrxiv.15007072/v2 DOI-si ilə siyahıya alınır. Bu qeyddə müəllif sırası fərqlidir. Bu Verianla mətni istifadəçinin yüklədiyi SSRN versiyasındakı elmi məzmunu və müəllif sırasını əsas götürür.

Lisenziya: Yüklənmiş PDF-də təkrar istifadə üçün açıq Creative Commons lisenziyası göstərilməmişdir.

Maliyyələşdirmə: JST CREST, Japan, Grant Number JPMJCR21L2.

Məlumat əlçatanlığı: Şəkil 2–8-in əsasındakı hissəcik-başına və bağ-başına məlumatların məsul müəllifdən əsaslandırılmış sorğu əsasında əldə edilə biləcəyi bildirilmişdir.

Maraq toqquşması: Müəlliflər tədqiqata təsir göstərə biləcək məlum maliyyə marağı və ya şəxsi münasibət olmadığını bəyan etmişdir.

Generativ süni intellekt bəyanatı: Müəlliflər ilkin mətnin ingilis dilində oxunaqlılığını və dil axıcılığını yaxşılaşdırmaq üçün Anthropic Claude Opus istifadə etdiklərini; sonra məzmunu özlərinin nəzərdən keçirib redaktə etdiklərini və son versiyaya görə məsuliyyəti üzərlərinə götürdüklərini bildirmişdir.

CRediT töhfələri: Feng-Yueh Chan tədqiqat, formal analiz, proqram təminatı, məlumat kurasiyası, vizuallaşdırma, metod və ilkin layihə; Yuichiro Nishizawa resurslar, tədqiqat və nəzərdən keçirmə; Yuma Sasaki resurslar, tədqiqat və nəzərdən keçirmə; Daisuke Suzuki resurslar, superviziya və maliyyələşdirmə; Takayuki Uchihashi konseptuallaşdırma, metod, proqram təminatı, superviziya, layihə idarəetməsi, maliyyələşdirmə və yazı işlərini yerinə yetirmişdir.

Əsas metodoloji məhdudiyyətlər: Hər çarpaz bağlayıcı tərkibi yalnız bir tökmə film və tək bir AFM baxış sahəsi ilə təmsil olunur. Çoxsaylı hissəciklər müstəqil material təkrarı deyil. AFM yalnız sərbəst səthi görüntüləyir. Gərginlik–deformasiya məlumatı bu təcrübədə toplanmamışdır. Dənə-sərhədi fraksiyaları 24 µm × 24 µm analiz sahəsindən irəli gələn aşağı hədd xarakterlidir. Maksimum λmacro = 2,2–2,6 diapazonu qırılmadan əvvəlki erkən deformasiya rejimidir. 5 mol% film tam boşaldılmamış və AFM ucunun kütləşməsi səbəbindən son yiv-dərinliyi kadrı təhlildən çıxarılmışdır.

Statistik şərh sərhədi: Hissəciklər eyni baxış sahəsində məkan baxımından korrelyasiyalı olduğuna görə Spearman ρ dəyərləri effekt böyüklüyü kimi hesabatlaşdırılmış, müstəqil nümunələrə əsaslanan p-dəyərləri istifadə edilməmişdir.