Filamu ya poli(methyl acrylate) inayotegemea chembe ndogo ni nyenzo ya polima yenye chembe inayoundwa wakati chembe za polima zilizosanisiwa kando-kando zinapokaribiana wakati wa kukauka na minyororo ya uso ya chembe jirani inapopenyana kwenye violesura. Utafiti huu ulitumia hadubini ya nguvu ya atomiki ya in situ inayofuatilia eneo lilelile la mtazamo wakati wote wa upakiaji na uondoaji wa mzigo ili kuchunguza jinsi matumizi ya kiunganishi mtambuka 1,6-hexanediol dimethacrylate (Hdd) katika viwango vya 0,1, 3 na 5 mol% yanavyobadilisha ulemavu wa chembe moja moja na violesura kati ya chembe wakati filamu inaponyoshwa. Hitimisho kuu ni kwamba msongamano wa kiunganishi mtambuka hauamui kwa utaratibu unyooshaji wa wastani wa chembe; badala yake, hasa hudhibiti kiwango ambacho mnyumbuliko unasambazwa kwa njia isiyo sare kati ya chembe na punje.

Katika mnyumbuliko wa makroskopiki λ_macro = 2,2, unyooshaji wa wastani wa kimahali wa kimiani katika filamu tatu unakaribiana: 1,76, 1,81 na 1,85 kwa 0,1, 3 na 5 mol% Hdd mtawalia. Kwa upande mwingine, mkengeuko sanifu wa usambazaji wa λ_local ni 0,17 katika filamu yenye kiwango kidogo cha kiunganishi mtambuka, lakini ni 0,08 na 0,10 katika filamu za 3 na 5 mol%. Hata chembe inapohalalishwa dhidi ya urefu wake wa awali, upana wa usambazaji wa ulemavu ni 0,29 katika filamu ya 0,1 mol%; katika filamu nyingine mbili ni 0,14 na 0,15. Kwa hiyo, usambazaji wa ulemavu ulio takriban mara mbili zaidi katika filamu yenye kiunganishi mtambuka kidogo hautokani tu na kuendelezwa kwa tofauti za awali za umbo la chembe.

Tabia hii inahusiana na tekstura ya awali ya filamu. Filamu ya 0,1 mol% huunda uso wa polikristali wenye punje ndogo, ikiwa na sehemu ya mipaka ya punje ya %34,1 na usambazaji mpana wa mwelekeo wa punje, ilhali katika filamu za 3 na 5 mol% uwiano huu ni %5,8 na %5,6 pekee na muundo huwa na maeneo makubwa yanayofanana na fuwele moja. Filamu yenye kiunganishi mtambuka kidogo ina mifereji ya awali iliyo bapa zaidi, hali inayoashiria kwamba minyororo imepenyana kwa kina zaidi kwenye violesura. Mlolongo wa kimakanika unaopendekezwa na utafiti ni: uunganishaji mtambuka → upenyaji wa minyororo kwenye kiolesura → tekstura ya awali ya kimiani → mwelekeo wa punje → utofauti wa mnyumbuliko. Hata hivyo, utafiti ulichunguza filamu moja tu na eneo moja la AFM kwa kila muundo, na haukufanya kipimo cha moja kwa moja cha mkazo–mnyumbuliko au cha kuvunjika.

Kwa nini filamu ya polima inayotegemea chembe ndogo ni mfumo tofauti wa kimakanika?

Tofauti na polima ya kawaida iliyo kipande kimoja, muundo wa kimakanika wa nyenzo hii huundwa na kuungana kwa chembe ndogo za polima zenye kipenyo cha takriban nusu mikromita. Wakati filamu inaundwa, maji huvukiza, chembe hupangwa, hugusana, na minyororo ya polima kwenye nyuso zao hupenyana na minyororo ya chembe jirani kando ya kiolesura. Katika modeli ya dhana iliyotumiwa na waandishi, viini vya chembe vinaweza kufikiriwa kama “vifundo” vya mtandao, na minyororo iliyopenyana kati ya chembe kama “vifungo” vinavyounganisha vifundo hivyo.

Kwa hiyo, haitoshi kueleza tabia ya kimakanika ya filamu kwa ugumu wa chembe moja pekee. Jinsi chembe zinavyounganishwa, jinsi zinavyopangwa wakati filamu inaundwa, mwelekeo wa maeneo yanayofanana na fuwele yanayotokea, na jinsi maeneo hayo yanavyosogea kwa kulinganishwa chini ya mzigo pia ni muhimu.

Jukumu kuu la kiunganishi mtambuka

Katika utafiti, 1,6-hexanediol dimethacrylate (Hdd) ilitumika kama kiunganishi mtambuka. Kadiri kiasi cha Hdd kinavyoongezeka, mtandao wa polima ndani ya chembe huunganishwa mtambuka kwa msongamano mkubwa zaidi. Tafiti za awali zimeonyesha kwamba katika kemia hii, kiwango kidogo cha kiunganishi mtambuka husababisha interpenetration ya kina zaidi ya minyororo kati ya chembe, ilhali kiwango kikubwa husababisha interpenetration iliyo na kikomo zaidi.

Utafiti huu haujaribu hasa swali la “je, kiunganishi mtambuka kidogo zaidi hunyoosha chembe zaidi?”, bali swali lenye undani zaidi: ulemavu uleule wa jumla unagawanywa kwa usawa au kutokuwa sawa kwa kiwango gani ndani ya mtandao wa chembe?

Je, Msongamano wa Kiunganishi Mtambuka Huamua Unyooshaji wa Wastani wa Chembe?

Hapana. Katika filamu za 0,1, 3 na 5 mol% Hdd zilizochunguzwa, unyooshaji halisi wa chembe uliosawazishwa kutoka hali ya awali hadi λ_macro = 2,2 ni takriban +0,62, +0,53 na +0,65 mtawalia; thamani hizi hazionyeshi mabadiliko ya monotoni au ya kimfumo kulingana na msongamano wa kiunganishi mtambuka. Athari iliyo wazi ya kiunganishi mtambuka si ukubwa wa wastani wa unyooshaji, bali upana wa usambazaji wa unyooshaji kati ya chembe.

Unyooshaji wa makroskopiki si sawa na unyooshaji wa uso

Katika utafiti, unyooshaji wa sampuli kati ya vibano ulifafanuliwa kama:

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

Hapa L₀ ni umbali wa awali kati ya vibano, na L ni umbali baada ya kunyoosha. λ_macro = 1 humaanisha hali isiyonyoshwa, huku 2 ikimaanisha umbali wa vibano umefikia mara mbili ya urefu wa awali.

Unyooshaji mkuu katika mwelekeo wa kuvuta wa mgeuzo affin wa jumla uliopatikana kutokana na kuoanisha picha za AFM kwa SIFT uliitwa λ_image,y. Kama uso wote wa AFM ungefuata mnyumbuliko wa makroskopiki kwa namna bora na sawia, λ_image,y na λ_macro zingesonga takriban kwa uwiano wa moja kwa moja. Kwa kweli, filamu zote tatu zilikengeuka kutoka mstari huu bora.

Wakati wa upakiaji wa mapema, ulemavu wa uso katika filamu ya 0,1 mol% ulibaki nyuma ya unyooshaji wa makroskopiki. Hata hivyo, katika λ_macro = 2,2, thamani za λ_image,y za filamu tatu zilikaribia 1,82, 1,82 na 1,84. Kwa hiyo, ingawa filamu yenye kiunganishi mtambuka kidogo ilisambaza ulemavu kwa njia isiyo sare zaidi mwanzoni, katika unyooshaji mkubwa zaidi uhamishaji wa wastani wa mnyumbuliko kwenye uso ulikaribia ule wa filamu nyingine.

Deformation ya non-affine ina maana gani?

Deformation ya “affine” ni ulemavu bora na sawia ambapo pointi zote zinaweza kuelezwa kwa mgeuzo mmoja wa kijiometri. Katika nyenzo halisi, maeneo tofauti yakikengeuka kutoka mgeuzo huo bora, mwendo hufafanuliwa kuwa “non-affine”.

Kipimo cha non-affine residual katika kiwango cha eneo kwenye utafiti hupima umbali ambao mienendo ya chembe iliyoonekana inatofautiana na mgeuzo mmoja wa jumla wa affin uliokokotolewa kwa picha nzima. Katika upakiaji wa mapema, residual hii ilifikia takriban 0,8 katika filamu ya 0,1 mol% na ilikuwa takriban mara saba hadi tisa zaidi ya thamani katika filamu za 3 na 5 mol%. Kufikia λ_macro = 2,2, tofauti ilipungua hadi takriban mara tatu.

Katika uondoaji wa mzigo, thamani ya residual ya filamu ya 0,1 mol% ilishuka hadi takriban 0,2 na kukaribia filamu zenye kiunganishi mtambuka kikubwa. Kwa hiyo, sehemu muhimu ya deformation ya non-affine ya kiwango kikubwa inayokua wakati wa upakiaji si uharibifu wa kudumu, bali ni mpangilio upya wa kimuundo unaoweza kurejeshwa.

Je, Deformation ya Non-Affine Hutokea Katika Kimiani cha Chembe au Katika Kiwango cha Punje?

Matokeo ya utafiti yanaonyesha kwamba deformation ya ziada ya non-affine hutokea hasa si ndani ya kimiani cha majirani wa karibu wa chembe moja, bali katika kiwango kikubwa zaidi cha mesoskopiki cha punje na maeneo ya uhamisho. Katika filamu ya 0,1 mol%, residual ya kiwango cha eneo ilikuwa mara kadhaa kubwa kuliko katika filamu zenye kiunganishi mtambuka kikubwa, ilhali non-affinity ya kimiani cha majirani wa karibu iliyopimwa kwa Falk–Langer D²_min iliongezeka kwa kiasi kidogo tu.

Katika hali wakilishi yenye mzigo, kiashiria kilichosawazishwa cha D²_min kiko katika takriban 0,19, 0,14 na 0,16 kwa filamu za 0,1, 3 na 5 mol%. Tofauti hii ndogo ni tofauti kabisa na tofauti ya mara saba hadi tisa katika kiwango cha eneo. Hitimisho ni kwamba chembe jirani huendelea kusogea kwa ulinganifu kiasi katika vikundi vidogo vya kimahali; utofauti mkuu unatokana na uhamisho tofauti wa punje mbalimbali na maeneo mapana zaidi.

Tekstura ya awali ya filamu si sawa

Mpaka wa punje ulifafanuliwa kwa maeneo ambako, katika hali ya awali, tofauti ya mwelekeo wa kimiani kati ya chembe na majirani zake ilikuwa kubwa kuliko 5°. Kwa kigezo hiki, msongamano wa mipaka ya punje katika filamu yenye kiunganishi mtambuka kidogo ni takriban mara sita wa ule wa filamu nyingine mbili.

Muundo wa hexagonal hubadilika vipi kadiri unavyonyoshwa?

Mwanzoni, mpangilio unaotawala katika filamu zote tatu ni hexagonal. Kadiri unyooshaji wa mhimili mmoja unavyoendelea, idadi ya mipangilio ya hexagonal hupungua huku mipangilio ya kimahali iliyoainishwa kama square na linear ikiongezeka.

Karibu na λ_macro = 1,8, filamu za 3 na 5 mol% zote hufikia hali ya square-dominant. Katika hatua hii, sehemu za hexagonal na square katika filamu ya 3 mol% ni takriban %24,7 na %66,7; katika filamu ya 5 mol% ni %22,5 na %67,8.

Katika unyooshaji zaidi, filamu hizi mbili hutenda tofauti. Filamu ya 3 mol% hurudi kuwa na wingi wa hexagonal na katika λ_macro = 2,2 sehemu ya hexagonal hufikia %68,9. Waandishi hutafsiri hili kama mpito kwenda kwenye kimiani cha pembetatu kilichoelekezwa upya, yaani mpangilio upya wa re-entrant. Filamu ya 5 mol% haikamilishi kufunga upya huku na hubaki square-dominant.

Filamu ya 0,1 mol% katika λ_macro = 2,2 ni heterojeni zaidi sana: ina takriban %40,0 linear, %36,6 hexagonal na %18,4 square ya mipangilio ya kimahali. Idadi hii kubwa ya linear imehusishwa na uwezo wa maeneo yenye mielekeo tofauti katika filamu ya punje ndogo kupanga upya kando ya mhimili wa kuvuta.

Je, mpangilio wa kimiani hurudi wakati wa uondoaji wa mzigo?

Ndiyo. Katika filamu za 0,1 na 3 mol% zilizotolewa mzigo kikamilifu, sehemu ya hexagonal ilirudi hadi %89,7 na %98,6 mtawalia; thamani za awali zilikuwa %89,6 na %98,3. Kurudi huku kwa karibu sana kunaonyesha kwamba mabadiliko makubwa ya kimiani yaliyoonekana chini ya mzigo ni kwa kiasi kikubwa ya elastiki na yanayoweza kurejeshwa ndani ya safu hii ya mnyumbuliko.

Filamu ya 5 mol% haikutolewa mzigo kikamilifu. Kwa sababu ya kusinyaa polepole, ufuatiliaji katika sampuli hii uliendelea hadi λ_macro = 1,8, na kwa hiyo ulinganisho wa urejeshaji kamili na filamu nyingine mbili haukuweza kufanywa.

Kwa Nini Msongamano Mdogo wa Kiunganishi Mtambuka Huzalisha Mnyumbuliko Usio Sare Zaidi?

Kulingana na mekanizimu inayopendekezwa na utafiti, msongamano mdogo wa kiunganishi mtambuka huruhusu minyororo kwenye nyuso za chembe kupenyana kwa kina zaidi wakati wa kuundwa kwa filamu; hali hii huunda tekstura ya polikristali yenye punje ndogo inayojumuisha maeneo mengi madogo yanayofanana na fuwele yenye mielekeo tofauti, na kwa kuwa punje hizi zenye mielekeo tofauti hupanga upya kwa viwango tofauti wakati wa kunyoosha, mnyumbuliko hubadilika kuwa usambazaji mpana na heterojeni.

Mipaka ya punje si “maeneo laini”

Matokeo muhimu ni kwamba idadi kubwa ya mipaka ya punje haitokani moja kwa moja na kila mpaka wa punje kunyooshwa zaidi. Katika λ_macro = 2,2, tofauti ya λ_local kati ya chembe za mpaka wa punje na chembe za ndani ya punje ni kwa kiwango cha juu +%2,9 kwa mediana na +%3,5 kwa wastani.

Kwa maneno mengine, utofauti wa filamu yenye kiunganishi mtambuka kidogo hauelezeki kwa modeli ya “mipaka ya punje kuwa laini kupita kiasi”. Msongamano wa kiunganishi mtambuka huamua zaidi ni punje ngapi zenye mielekeo tofauti zipo; mwelekeo wa kila punje kwa kulinganishwa na mhimili wa kuvuta huamua jinsi itakavyopanga upya.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mfumo wa nyenzo

Mikrochembe za poli(methyl acrylate) (pMA) ziliandaliwa kwa upolimishaji wa emulsion bila kutumia kiambata cha uso. 1,6-hexanediol dimethacrylate (Hdd) ilitumika kama kiunganishi mtambuka, na filamu ziliitwa katika muundo wa pMA-Hx, ambapo x = 0,1, 3 na 5 mol% Hdd.

Vipenyo vya chembe vilitofautiana kwa chini ya %15 kati ya miundo mitatu. Hali hii huzuia tofauti za kimakanika/tekstura zilizoonekana kuelezwa tu kama matokeo ya mabadiliko makubwa ya ukubwa wa chembe.

Kuunda filamu

Mitawanyiko ya maji ya mikrochembe za pMA ilimiminwa kwenye nyenzo ya msingi ya Teflon na kukaushwa katika takriban 25 °C. Joto hili ni takriban 10 °C juu ya joto la mpito wa glasi la miundo yote mitatu. Inachukuliwa kuwa maji yanapovukiza, chembe hupangwa na kuharibika umbo, na minyororo ya nyuso jirani hupenyana na kuunda filamu.

Filamu zilizoundwa zilikatwa kuwa sampuli za 5 mm × 8 mm kwa majaribio ya AFM.

AFM ya in situ na kifaa cha unyooshaji wa mhimili mmoja

Muundo wa uso ulifuatiliwa kwa hadubini ya nguvu ya atomiki ya aina ya kuchanganua kwa ncha iliyotengenezwa mahsusi na jukwaa la unyooshaji wa mhimili mmoja. Kichanganuzi cha piezo cha mihimili mitatu kina masafa ya mwendo wa 300 µm katika kila mhimili. Masafa haya makubwa ya upande yaliwezesha eneo lilelile la mtazamo kupatikana tena baada ya kila hatua ya unyooshaji.

• Eneo la picha ya AFM: 30 µm × 30 µm.
• Azimio la picha: 512 × 512 pikseli.
• Kasi ya unyooshaji: 10 mm/dakika.
• Hatua ya skrubu ya kuongoza: 1 mm.
• Hali ya AFM: tapping mode.
• Joto la mazingira: takriban 25 °C.
• Masafa nominali ya resonansi ya probe: takriban 160 kHz.
• Konstanti ya spring: 5 N/m.
• Radius ya ncha: <8 nm.

Upakiaji ulitumika kwa nyongeza za 0,2 katika λ_macro. Katika kila hali ya mnyumbuliko, upigaji picha ulidumu takriban 5 dakika na filamu ilishikiliwa bila kusogea katika muda huo. Kwa sababu hiyo, waandishi walitathmini majaribio kama quasi-static.

Kufuatilia chembe ileile wakati wa upakiaji na uondoaji wa mzigo

Ubunifu muhimu wa kimetodolojia wa utafiti huu ni kupata tena eneo lilelile la mtazamo badala ya kupiga picha eneo tofauti la uso katika kila hatua ya mnyumbuliko. Hivyo, historia ya upakiaji na uondoaji wa mzigo ya chembe ndogo moja, majirani zake sita wa karibu zaidi katika hali ya awali, na jozi maalum za chembe ilihifadhiwa.

Picha mfululizo za AFM kwanza zilioanishwa kwa SIFT ili kukokotoa mgeuzo bora wa jumla wa affin kati ya hali mbili. Kisha chembe ziligawanywa kwa algorithm ya marker-controlled watershed, zikaigwa kwa ellipsi, na zikaunganishwa kama trajektoria zenye utambulisho uliofungwa kati ya hatua za strain.

Ufafanuzi wa urefu wa chembe

Urefu wa mhimili mkuu wa chembe iliyotoshelezwa kwa ellipsi, a_k, ulisawazishwa kwa umbali bainifu kati ya chembe R₁ uliopatikana kutoka kwa kazi ya awali ya usambazaji wa radial:

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

na kufafanuliwa kwa namna hiyo.

Kiasi hiki si uwiano halisi wa strain wa chembe moja; ni urefu wa chembe uliosawazishwa kwa R₁ mahususi kwa muundo. Kwa hiyo, utafiti pia uliangalia kando kama polidispersion ya umbo la awali ilikuwa ikipanua usambazaji kwa njia ya bandia, na kila chembe ilisawazishwa kwa mhimili wake mkuu wa awali a₀ katika umbo la a_k/a₀.

Matokeo makuu ya deformation ya chembe

Ingawa wastani unakaribiana, upana wa usambazaji hutofautiana kwa wazi. Huu ndio msingi wa kiasi wa utofauti wa “strain distribution badala ya particle stretch” katika kichwa cha utafiti.

Tabia ya mhimili mfupi

Kwa mhimili mdogo wa ellipsi wa chembe b_k:

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

ilitumika. Katika λ_macro = 2,2, thamani za wastani za λ_minor ni 0,98 ± 0,22, 0,98 ± 0,10 na 1,02 ± 0,12 mtawalia.

Wakati mhimili mfupi wa kila chembe unaposawazishwa kwa thamani yake ya awali b₀, filamu za 3 na 5 mol% hubaki katika takriban 0,99 na 0,97, ilhali filamu ya 0,1 mol% hushuka hadi takriban 0,93. Kwa hiyo, katika chembe zenye kiunganishi mtambuka kidogo kuna upungufu wa upande wa takriban %7 ulio wazi zaidi unaoambatana na unyooshaji kando ya mhimili mkuu.

Urejeshaji wa elastiki wa umbo la chembe

Katika filamu ya 0,1 mol%, wastani wa aspect ratio uliongezeka hadi 2,36 chini ya mzigo na ukarudi 1,24 baada ya uondoaji kamili wa mzigo; thamani ya awali ni 1,22. Katika filamu ya 3 mol%, aspect ratio iliongezeka kutoka 1,12 hadi 1,84 na ikarudi tena 1,12.

Upana wa usambazaji pia ulirejea. Katika filamu ya 0,1 mol%, mkengeuko sanifu wa λ_particle ulikuwa 0,30 chini ya mzigo na ukarudi 0,21 baada ya uondoaji wa mzigo; thamani ya awali ni 0,23. Katika filamu ya 3 mol%, ulipungua kutoka 0,15 hadi 0,10 na kukaribia thamani ya awali ya 0,11.

Uhusiano kati ya mpangilio wa kimahali na unyooshaji wa chembe

Katika filamu ya 0,1 mol% katika λ_macro = 2,2, wastani wa λ_particle wa chembe katika maeneo ya hexagonal ni 1,64, ilhali katika mipangilio inayofanana na linear ni 1,88. Spearman ρ = −0,43 ilipatikana kati ya mpangilio wa kimahali unaotawala na λ_particle.

Kwa filamu ya 3 mol%, ρ = −0,409, na kwa filamu ya 5 mol% ni −0,108 pekee. Waandishi hutafsiri mahusiano haya si kama ushahidi huru wa kitakwimu, bali kama ukubwa wa athari wa kimaelezo uliopatikana kutoka kwa chembe zenye uhusiano wa kijiografia katika eneo lilelile la AFM.

Kina cha mfereji kati ya chembe na interpenetration ya minyororo

Kina cha mfereji kati ya chembe mbili jirani kwenye uso wa AFM kilitumika kama kiashiria cha nafasi halisi cha interpenetration kati ya nyuso za chembe. Minyororo inapopenyana kwa kina zaidi, sakafu ya bonde kati ya chembe mbili huinuka; kwa hiyo mfereji ulio bapa zaidi huhusishwa na interpenetration ya kina zaidi.

Mifereji katika mwelekeo wa kuvuta ilizidi kuwa mirefu kadiri mnyumbuliko ulivyoongezeka. Katika λ_macro = 2,2, ongezeko dhidi ya hali ya awali lilikuwa takriban +36, +28 na +36 nm kwa 0,1, 3 na 5 mol%. Waandishi wanaona ongezeko hili kuwa sambamba na kuvutwa kimakanika kwa minyororo ya kiolesura iliyopenyana.

Katika mwelekeo wa upande, kinyume chake kilitokea: majirani walipokaribiana kwa sababu ya kubana kwa Poisson, mifereji ilizidi kuwa bapa. Katika λ_macro = 2,2, mabadiliko halisi yalikuwa −12, −17 na −28 nm mtawalia.

Kuna kikomo muhimu cha kimetodolojia katika kutafsiri matokeo haya ya upande. Kwa kuwa vifungo huzunguka wakati wa unyooshaji, “kifungo cha upande” kinaweza kutoka kwenye dirisha la pembe, na idadi ya vifungo vilivyochambuliwa katika filamu za 0,1, 3 na 5 mol% hupungua kutoka viwango vya awali vya 5.686, 6.915 na 8.185 hadi 1.542, 564 na 1.151 katika λ_macro = 2,2. Kwa hiyo, mkunjo wa mfereji wa upande mwishoni mwa upakiaji hauwakilishi idadi yote ya vifungo vya awali.

Je, violesura hupona wakati wa uondoaji wa mzigo?

Katika filamu za 0,1 na 3 mol%, mifereji ya mhimili na ya upande yote ilikaribia kwa kiasi kikubwa thamani zake za awali wakati wa uondoaji wa mzigo. ΔZ_far ilirudi kutoka 40,8 nm mwanzoni hadi 43,3 nm mwishoni mwa mzunguko katika filamu ya 0,1 mol%; katika filamu ya 3 mol% ilirudi kutoka 54,0 nm hadi 58,4 nm. ΔZ_trans ilikuwa 31,8 → 35,0 nm na 46,2 → 45,6 nm mtawalia.

Njia za upakiaji na uondoaji wa mzigo hazikuingiliana kikamilifu; kwa hiyo, kuna hysteresis ya wastani. Hata hivyo, urejeshaji wa jumla unaendana na mpangilio upya unaoweza kurejea wa minyororo iliyopenyana kimwili badala ya kuvunjika kwa kudumu kwa plastiki katika kiolesura.

Katika filamu ya 5 mol%, tawi la uondoaji wa mzigo la uchanganuzi wa kina cha mfereji lilikomeshwa katika λ_macro = 2,0. Kwa sababu mabadiliko ya ghafla ya kontrasti yanayoashiria kufifia kwa ncha ya AFM yalionekana katika picha ya λ_macro = 1,8, fremu hiyo iliondolewa katika uchanganuzi wa mfereji.

Mlolongo uliopendekezwa kutoka muundo hadi utofauti wa mnyumbuliko

1. Msongamano wa kiunganishi mtambuka hubadilisha msongamano wa mtandao wa chembe.
2. Uunganishaji mtambuka mdogo huruhusu interpenetration ya kina zaidi ya minyororo kati ya chembe wakati filamu inaundwa.
3. Hali hii ya interpenetration inahusishwa na tekstura ya awali yenye punje nyingi ndogo zenye mielekeo tofauti.
4. Mielekeo tofauti ya punje huingia katika njia tofauti za mabadiliko ya kimuundo wakati wa unyooshaji wa mhimili mmoja.
5. Kwa hiyo, bila mabadiliko makubwa ya unyooshaji wa wastani wa chembe, usambazaji wa ulemavu hupanuka.
6. Non-affinity ya ziada hutokea zaidi katika kiwango cha mesoskopiki cha punje kuliko katika kimiani cha chembe moja.

Matokeo yanayoungwa mkono moja kwa moja na utafiti

• Filamu ya 0,1 mol% ina sehemu ya mipaka ya punje takriban mara sita zaidi kuliko filamu za 3 na 5 mol%.
• Katika filamu yenye kiunganishi mtambuka kidogo, usambazaji wa λlocal na unyooshaji wa chembe moja ni takriban mara mbili mpana zaidi.
• Katika miundo yote mitatu, wastani wa unyooshaji halisi wa chembe hauonyeshi utegemezi wa kimfumo kwa kiunganishi mtambuka.
• Katika filamu yenye kiunganishi mtambuka kidogo, non-affine residual katika kiwango cha eneo ni kubwa zaidi sana wakati wa upakiaji wa mapema.
• Tofauti ya Cage-scale D²min ni ndogo zaidi sana kuliko tofauti ya kiwango cha eneo.
• Katika filamu za 0,1 na 3 mol%, mpangilio wa kimahali, umbo la chembe na kina cha mfereji wa kiolesura hurejea kwa kiasi kikubwa wakati wa uondoaji wa mzigo.
• Kina cha mifereji ya awali huongezeka kadiri maudhui ya kiunganishi mtambuka yanavyoongezeka, hali inayolingana na kupungua kwa interpenetration ya kiolesura.

Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono moja kwa moja

• Jaribio hili halipimi moja kwa moja kwamba filamu ya 0,1 mol% ni ngumu zaidi kwa kiasi fulani kuliko filamu ya 3 au 5 mol%.
• Katika jaribio hili, mkunjo wa mkazo–mnyumbuliko, moduli ya Young, strain ya kuvunjika au nishati ya kuvunjika havikupimwa.
• Kwa kuwa kulikuwa na filamu moja tu iliyomwagwa kwa kila muundo, uwezo wa kurudia tofauti kati ya miundo katika sampuli huru bado haujaonyeshwa.
• Kwa kuwa AFM hupima uso huru pekee, haijathibitishwa moja kwa moja kwamba uga wote wa ulemavu ndani ya ujazo wa filamu ni sawa.
• Kwa kuwa hakuna pointi ya data kati ya 0,1 na 3 mol%, mkusanyiko halisi muhimu wa “kizingiti” wa kiunganishi mtambuka hauwezi kubainishwa.
• Mpaka wa hali ulioonekana unaweza kuwa sehemu ya utegemezi wa mkusanyiko wenye mteremko mkali sana lakini unaoendelea/unaofikia kujaa, badala ya kuwa kizingiti halisi.
• Thamani za juu za λmacro zilizochunguzwa ziko chini ya strain za kuvunjika za filamu; utafiti huu unaonyesha sehemu ya awali ya njia ya ulemavu.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Kichwa cha asili:Crosslinker Density Controls Strain Distribution Rather Than Particle Stretch in Microparticle-based Polymer Films

Mpangilio wa waandishi katika toleo la SSRN lililopakiwa: Feng-Yueh Chan; Yuichiro Nishizawa; Yuma Sasaki; Daisuke Suzuki; Takayuki Uchihashi.

Waandishi wanaowajibika: Feng-Yueh Chan na Takayuki Uchihashi.

Taasisi: 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.

Aina ya chanzo: Preprint ya utafiti.

Jukwaa: SSRN.

Nambari ya usajili ya SSRN: 7360228.

SSRN DOI: 10.2139/ssrn.7360228.

Tarehe ya kuwasilisha SSRN: 27 Agosti 2026.

Mapitio ya rika: Toleo lililopakiwa halijapitia mapitio ya rika.

Rekodi sambamba ya kibibliografia: Kichwa hicho hicho pia kinaonekana katika rekodi za uchapishaji za taasisi kama preprint ya ChemRxiv na kimeorodheshwa kwa DOI 10.26434/chemrxiv.15007072/v2. Mpangilio wa waandishi katika rekodi hii ni tofauti. Maandishi haya ya Verianla yanategemea maudhui ya kisayansi na mpangilio wa waandishi katika toleo la SSRN lililopakiwa na mtumiaji.

Leseni: PDF iliyopakiwa haitaji leseni wazi ya Creative Commons kwa matumizi ya tena.

Ufadhili: JST CREST, Japan, Grant Number JPMJCR21L2.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba data za kwa-kila-chembe na kwa-kila-kifungo zilizo msingi wa Michoro 2–8 zinaweza kutolewa na mwandishi anayewajibika kwa ombi la msingi.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kwamba hawana maslahi ya kifedha yanayojulikana au uhusiano wa kibinafsi unaoweza kuathiri utafiti.

Tamko kuhusu akili bandia zalishi: Waandishi wameeleza kwamba walitumia Anthropic Claude Opus kuboresha usomaji na mtiririko wa lugha ya Kiingereza katika rasimu; kisha walipitia na kuhariri maudhui wenyewe na kukubali kuwajibika kwa toleo la mwisho.

Michango ya CRediT: Feng-Yueh Chan alihusika katika utafiti, uchanganuzi rasmi, programu, uratibu wa data, uwasilishaji wa picha, mbinu na rasimu ya kwanza; Yuichiro Nishizawa katika rasilimali, utafiti na mapitio; Yuma Sasaki katika rasilimali, utafiti na mapitio; Daisuke Suzuki katika rasilimali, usimamizi na ufadhili; Takayuki Uchihashi katika uundaji wa dhana, mbinu, programu, usimamizi, usimamizi wa mradi, ufadhili na kazi za uandishi.

Vikwazo vikuu vya kimetodolojia: Kila muundo wa kiunganishi mtambuka unawakilishwa na filamu moja tu iliyomwagwa na eneo moja la mtazamo wa AFM. Idadi kubwa ya chembe si marudio huru ya nyenzo. AFM huonyesha uso huru pekee. Data za mkazo–mnyumbuliko hazikukusanywa katika jaribio hili. Sehemu za mipaka ya punje ni makadirio ya kikomo cha chini yanayotokana na eneo la uchanganuzi la 24 µm × 24 µm. Safu ya juu ya λmacro = 2,2–2,6 ni hali ya mapema ya mnyumbuliko kabla ya kuvunjika. Filamu ya 5 mol% haikutolewa mzigo kikamilifu, na fremu ya mwisho ya kina cha mfereji iliondolewa katika uchanganuzi kwa sababu ya kufifia kwa ncha ya AFM.

Kikomo cha tafsiri ya kitakwimu: Kwa kuwa chembe zina uhusiano wa kijiografia ndani ya eneo lilelile la mtazamo, thamani za Spearman ρ ziliripotiwa kama ukubwa wa athari, na p-values zinazotegemea sampuli huru hazikutumika.