Плёнкаи поли(метил акрилат)-и бар пояи микрозарраҳо маводи полимерии заррадорест, ки ҳангоми хушкшавӣ зарраҳои полимерии алоҳида синтезшуда ба ҳам наздик шуда, занҷирҳои сатҳии зарраҳои ҳамсоя дар интерфейсҳо ба ҳам даромада печиш мехӯранд. Дар ин таҳқиқот бо микроскопияи қувваи атомии in situ, ки ҳамон як майдони дидро дар тамоми марҳилаҳои боркунӣ ва холӣкунӣ пайгирӣ мекунад, омӯхта шуд, ки истифодаи пайвандгари салибии 1,6-hexanediol dimethacrylate (Hdd) дар сатҳҳои 0,1, 3 ва 5 mol% деформатсияи зарраҳои ҷудогона ва интерфейсҳои байни зарраҳоро ҳангоми кашиши плёнка чӣ гуна тағйир медиҳад. Натиҷаи асосӣ ин аст, ки зичии пайвандгари салибӣ дарозшавии миёнаи зарраҳоро ба таври низомманд муайян намекунад; он асосан назорат мекунад, ки деформатсия байни зарраҳо ва донаҳо то чӣ андоза гетероген тақсим мешавад.

Дар деформатсияи макроскопии λ_macro = 2,2 дарозшавии миёнаи маҳаллии торӣ дар се плёнка ба ҳам наздик аст: барои 0,1, 3 ва 5 mol% Hdd мутаносибан 1,76, 1,81 ва 1,85. Баръакс, инҳирофи стандартии тақсимоти λ_local дар плёнкаи дорои пайвандгари салибии кам 0,17 аст, дар ҳоле ки дар плёнкаҳои 3 ва 5 mol% ин қиматҳо 0,08 ва 0,10 мебошанд. Ҳатто вақте зарра нисбат ба дарозии ибтидоии худаш нормализатсия мешавад, паҳнои тақсимоти деформатсия дар плёнкаи 0,1 mol% 0,29 ва дар ду плёнкаи дигар 0,14 ва 0,15 аст. Аз ин рӯ, тақсимоти деформатсияи тақрибан ду баробар васеътар дар плёнкаи дорои пайвандгари салибии кам танҳо аз интиқоли фарқиятҳои ибтидоии шакли зарраҳо ба вуҷуд намеояд.

Ин рафтор бо текстураи ибтидоии плёнка алоқаманд аст. Плёнкаи 0,1 mol% сатҳи поликристаллии майдадона бо фраксияи сарҳади донаҳо %34,1 ва тақсимоти васеи самтгирии донаҳоро ташкил медиҳад, дар ҳоле ки дар плёнкаҳои 3 ва 5 mol% ин нишондиҳанда танҳо %5,8 ва %5,6 буда, сохтор аз минтақаҳои калон ва монанд ба яккристалл иборат аст. Дар плёнкаи дорои пайвандгари салибии кам ҷӯякҳои ибтидоии камчуқуртар мавҷуданд, ки ба даромадани амиқтари занҷирҳо ба ҳам дар интерфейсҳо ишора мекунанд. Занҷираи механистие, ки таҳқиқот пешниҳод мекунад, чунин аст: пайвандшавии салибӣ → дарҳамдароии интерфейсӣ → текстураи ибтидоии тор → самтгирии дона → гетерогении деформатсия. Аммо таҳқиқот барои ҳар таркиб танҳо як плёнка ва як майдони AFM-ро санҷида, санҷиши мустақими шиддат–деформатсия ё шикаст нагузаронидааст.

Чаро плёнкаи полимерии бар пояи микрозарраҳо низоми механикии дигар аст?

Бар хилофи полимери анъанавии яклухт, дар ин мавод сохтори механикӣ аз якҷояшавии микрозарраҳои полимерии диаметрашон тақрибан ним микрометр ба вуҷуд меояд. Ҳангоми ташаккули плёнка об бухор мешавад, зарраҳо бастабандӣ мешаванд, бо ҳам тамос мегиранд ва занҷирҳои полимерӣ дар сатҳи онҳо бо занҷирҳои зарраҳои ҳамсоя дар тӯли интерфейс ба ҳам даромада печиш мехӯранд. Дар модели консептуалии истифодакардаи муаллифон ядроҳои зарраҳоро метавон “гиреҳҳои” як шабака ва занҷирҳои байнизарравии ба ҳам даромадаро “пайвандҳо”-е донист, ки ин гиреҳҳоро мепайванданд.

Аз ин рӯ, шарҳ додани рафтори механикии плёнка танҳо бо сахтии як зарра кофӣ нест. Чӣ гуна ба ҳам пайвастани зарраҳо, тарзи бастабандии онҳо ҳангоми ташаккули плёнка, самтгирии минтақаҳои монанд ба кристалл ва тарзи ҳаракати нисбии ин минтақаҳо зери бор низ муҳим аст.

Нақши асосии пайвандгари салибӣ

Дар таҳқиқот 1,6-hexanediol dimethacrylate (Hdd) ҳамчун пайвандгари салибӣ истифода шудааст. Бо зиёд шудани миқдори Hdd шабакаи полимерӣ дар дохили зарраҳо зичтар пайванди салибӣ мегирад. Таҳқиқоти қаблӣ нишон додаанд, ки дар ин химия миқдори камтари пайвандгари салибӣ ба interpenetration амиқтари занҷирҳо байни зарраҳо ва миқдори бештари он ба interpenetration маҳдудтар меорад.

Ин таҳқиқот асосан саволи “оё пайвандгари салибии камтар зарраро бештар дароз мекунад?”-ро не, балки саволи нозуктареро месанҷад: ҳамон як деформатсияи умумӣ дар дохили шабакаи зарраҳо то чӣ андоза яксон ё номуназзам тақсим мешавад?

Оё Зичии Пайвандгари Салибӣ Дарозшавии Миёнаи Зарраҳоро Муайян Мекунад?

Не. Дар плёнкаҳои омӯхташудаи 0,1, 3 ва 5 mol% Hdd дарозшавии холиси нормализатсияшудаи зарра аз ҳолати ибтидоӣ то λ_macro = 2,2 мутаносибан тақрибан +0,62, +0,53 ва +0,65 аст; ин қиматҳо бо зичии пайвандгари салибӣ тағйироти монотонӣ ё низомманд нишон намедиҳанд. Таъсири равшани пайвандгари салибӣ на дар бузургии миёнаи дарозшавӣ, балки бештар дар он аст, ки дарозшавӣ байни зарраҳо то чӣ андоза паҳн тақсим мешавад.

Дарозшавии макроскопӣ ва дарозшавии сатҳ як чиз нестанд

Дар таҳқиқот дарозшавии намуна байни қаппакҳо чунин муайян шудааст:

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

Дар ин ҷо L₀ фосилаи ибтидоии қаппакҳо ва L фосила пас аз кашиш аст. λ_macro = 1 ҳолати бе кашишро ва 2 ду баробар шудани фосилаи қаппакҳоро нисбат ба дарозии ибтидоӣ ифода мекунад.

Дарозшавии асосии табдили глобалии аффинӣ дар самти кашиш, ки аз ҳамоҳангсозии тасвирҳои AFM бо SIFT ба даст омадааст, λ_image,y номида шудааст. Агар тамоми сатҳи AFM деформатсияи макроскопиро ба таври идеалӣ ва якхела пайгирӣ мекард, λ_image,y ва λ_macro тақрибан як ба як пеш мерафтанд. Дар амал, ҳар се плёнка аз ин хати идеалӣ дур шудаанд.

Дар боркунии барвақт деформатсияи сатҳ дар плёнкаи 0,1 mol% аз дарозшавии макроскопӣ ақиб мондааст. Аммо дар λ_macro = 2,2 қиматҳои λ_image,y-и се плёнка ба 1,82, 1,82 ва 1,84 наздик шудаанд. Аз ин рӯ, ҳарчанд плёнкаи дорои пайвандгари салибии кам дар оғоз деформатсияро гетерогенитар тақсим мекард, дар дарозшавии бештар интиқоли миёнаи деформатсия дар сатҳ ба плёнкаҳои дигар наздик шудааст.

Деформатсияи non-affine чӣ маъно дорад?

Деформатсияи “аффинӣ” деформатсияи идеалӣ ва яксонест, ки ҳамаи нуқтаҳоро бо як табдили геометрӣ тавсиф кардан мумкин аст. Агар дар маводи воқеӣ минтақаҳои гуногун аз ин табдили идеалӣ дур шаванд, ҳаракат “non-affine” номида мешавад.

Метрикаи non-affine residual дар миқёси майдон чен мекунад, ки ҳаракатҳои мушоҳидашудаи зарраҳо аз як табдили глобалии аффинии барои тамоми тасвир ҳисобшуда то чӣ андоза дур мешаванд. Дар боркунии барвақт ин residual дар плёнкаи 0,1 mol% ба тақрибан 0,8 расида, аз қиматҳои плёнкаҳои 3 ва 5 mol% тақрибан ҳафт то нӯҳ баробар калонтар буд. Вақте λ_macro = 2,2 шуд, фарқ тақрибан то се баробар кам гардид.

Ҳангоми холӣкунӣ қимати residual-и плёнкаи 0,1 mol% то тақрибан 0,2 поин рафта, ба плёнкаҳои дорои пайвандгари салибии зиёд наздик шуд. Пас, қисми муҳими деформатсияи бузургмиқёси non-affine, ки ҳангоми боркунӣ инкишоф меёбад, осеби доимӣ нест, балки азнавташкилёбии сохтории барқароршаванда мебошад.

Деформатсияи Non-Affine Дар Тори Зарраҳо Ба Вуҷуд Меояд ё Дар Миқёси Дона?

Натиҷаҳои таҳқиқот нишон медиҳанд, ки деформатсияи изофии non-affine асосан на дар дохили тори ҳамсояҳои наздики як зарра, балки дар миқёси донаҳои мезоскопӣ ва майдонҳои калонтарини ҷойивазкунӣ ба вуҷуд меояд. Дар плёнкаи 0,1 mol% residual дар миқёси майдон аз плёнкаҳои дорои пайвандгари салибии зиёд чанд маротиба калонтар буд, дар ҳоле ки non-affinity-и тори ҳамсояҳои наздик, ки бо Falk–Langer D²_min чен шудааст, танҳо андаке баланд шудааст.

Дар ҳолати намояндагии боршуда нишондиҳандаи нормализатсияшудаи D²_min барои плёнкаҳои 0,1, 3 ва 5 mol% тақрибан дар сатҳҳои 0,19, 0,14 ва 0,16 қарор дорад. Ин фарқи хурд аз фарқи ҳафт-нӯҳбарабараи миқёси майдон комилан дигар аст. Натиҷа ба он ишора мекунад, ки зарраҳои ҳамсоя дар гурӯҳҳои хурди маҳаллӣ нисбатан ҳамоҳанг ҳаракат карданро идома медиҳанд; гетерогении асосӣ аз ҷойивазкуниҳои гуногуни донаҳо ва минтақаҳои васеътар ба вуҷуд меояд.

Текстураи ибтидоии плёнкаҳо якхела нест

Сарҳади дона аз рӯи минтақаҳое муайян шудааст, ки дар ҳолати ибтидоӣ фарқи самтгирии тори як зарра бо ҳамсоягонаш аз 5° зиёд аст. Аз рӯи ин меъёр, зичии сарҳади дона дар плёнкаи дорои пайвандгари салибии кам тақрибан шаш баробари ду плёнкаи дигар аст.

Бо зиёд шудани кашиш сохтори гексагоналӣ чӣ гуна тағйир меёбад?

Дар оғоз тартиби бартаридошта дар ҳар се плёнка гексагоналӣ аст. Бо пешрафти кашиши якмеҳварӣ популятсияи гексагоналӣ кам шуда, тартибҳои маҳаллие, ки ҳамчун square ва linear тасниф шудаанд, зиёд мешаванд.

Тақрибан дар атрофи λ_macro = 1,8 ҳар ду плёнкаи 3 ва 5 mol% ба ҳолати square-dominant мерасанд. Дар ин нуқта фраксияҳои гексагоналӣ ва square дар плёнкаи 3 mol% тақрибан %24,7 ва %66,7; дар плёнкаи 5 mol% бошад %22,5 ва %67,8 мебошанд.

Ҳангоми кашиши минбаъда ду плёнка рафтори гуногун нишон медиҳанд. Плёнкаи 3 mol% дубора ба аксарияти гексагоналӣ бармегардад ва дар λ_macro = 2,2 фраксияи гексагоналӣ ба %68,9 мерасад. Муаллифон инро ҳамчун гузариш ба тори секунҷаи аз нав самтгирифта, яъне азнавташкилёбии re-entrant тафсир мекунанд. Плёнкаи 5 mol% бошад ин аз нав қулфшавиро анҷом намедиҳад ва square-dominant боқӣ мемонад.

Плёнкаи 0,1 mol% дар λ_macro = 2,2 хеле гетерогенитар аст: он тақрибан %40,0 linear, %36,6 гексагоналӣ ва %18,4 square тартиби маҳаллиро дар бар мегирад. Ин популятсияи калони linear бо қобилияти минтақаҳои дорои самтгирии гуногуни плёнкаи майдадона барои азнавташкилёбӣ дар тӯли меҳвари кашиш алоқаманд дониста шудааст.

Оё ҳангоми холӣкунӣ тартиби тор бармегардад?

Бале. Дар плёнкаҳои 0,1 ва 3 mol%, ки пурра холӣ карда шудаанд, фраксияи гексагоналӣ мутаносибан ба %89,7 ва %98,6 баргаштааст; қиматҳои ибтидоӣ %89,6 ва %98,3 буданд. Ин бозгашти хеле наздик нишон медиҳад, ки тағйироти бузурги торие, ки зери бор дида мешаванд, дар ин диапазони деформатсия асосан чандирӣ ва барқароршаванда мебошанд.

Плёнкаи 5 mol% пурра холӣ карда нашудааст. Аз сабаби кашишхӯрии суст, пайгирӣ дар ин намуна то λ_macro = 1,8 идома ёфт ва бинобар ин муқоисаи барқароршавии пурра бо ду плёнкаи дигар имконнопазир буд.

Чаро Зичии Ками Пайвандгари Салибӣ Деформатсияи Гетерогентари Ба Вуҷуд Меорад?

Мувофиқи механизми пешниҳодкардаи таҳқиқот, зичии ками пайвандгари салибӣ ҳангоми ташаккули плёнка ба занҷирҳои рӯи зарраҳо имкон медиҳад, ки амиқтар ба ҳам дароянд; ин ҳолат текстураи поликристаллии майдадонаеро ба вуҷуд меорад, ки дорои минтақаҳои хурди сершумори монанд ба кристалл бо самтгирии гуногун аст, ва ҳангоми кашиш ин донаҳои гуногунсамт ба миқдори гуногун аз нав ташкил мешаванд, аз ин рӯ деформатсия ба тақсимоти васеъ ва гетероген табдил меёбад.

Сарҳадҳои дона “нуқтаҳои нарм” нестанд

Яке аз натиҷаҳои муҳим ин аст, ки зиёд будани шумораи сарҳадҳои дона аз он ба вуҷуд намеояд, ки ҳар як сарҳади дона мустақиман бештар дароз мешавад. Дар λ_macro = 2,2 фарқи λ_local байни зарраҳои сарҳади дона ва зарраҳои дохили дона аз рӯи медиана ҳадди аксар +%2,9 ва аз рӯи миёна ҳадди аксар +%3,5 аст.

Ба ибораи дигар, гетерогении плёнкаи дорои пайвандгари салибии кам бо модели “аз ҳад нарм будани сарҳадҳои дона” шарҳ дода намешавад. Зичии пайвандгари салибӣ бештар шумораи донаҳои дорои самтгирии гуногунро муайян мекунад; самтгирии ҳар як дона нисбат ба меҳвари кашиш бошад тарзи азнавташкилёбии онро муайян мекунад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Низоми мавод

Микрозарраҳои поли(метил акрилат) (pMA) бо полимеризатсияи эмулсионӣ бе истифодаи моддаи сатҳфаъол омода карда шудаанд. 1,6-hexanediol dimethacrylate (Hdd) ҳамчун пайвандгари салибӣ истифода шуда, плёнкаҳо дар шакли pMA-Hx, ки дар он x = 0,1, 3 ва 5 mol% Hdd аст, номгузорӣ шудаанд.

Диаметрҳои зарраҳо байни се таркиб камтар аз %15 фарқ доштанд. Ин ҳолат имкон намедиҳад, ки фарқиятҳои механикӣ/текстуравии мушоҳидашуда танҳо ба тағйири калони андозаи зарраҳо нисбат дода шаванд.

Ташаккули плёнка

Дисперсияҳои обии микрозарраҳои pMA ба рӯи зерқабати Teflon рехта шуда, дар тақрибан 25 °C хушк карда шуданд. Ин ҳарорат аз ҳарорати гузариши шишагии ҳар се таркиб тақрибан 10 °C баландтар аст. Қабул карда мешавад, ки ҳангоми бухор шудани об зарраҳо бастабандӣ ва деформатсия шуда, занҷирҳои сатҳии ҳамсоя ба ҳам даромада, плёнкаро ташкил медиҳанд.

Плёнкаҳои ҳосилшуда барои таҷрибаҳои AFM ба намунаҳои 5 mm × 8 mm бурида шуданд.

AFM-и in situ ва дастгоҳи кашиши якмеҳварӣ

Сохтори сатҳ бо микроскопи қувваи атомии махсус сохташудаи tip-scanning ва саҳнаи кашиши якмеҳварӣ пайгирӣ шудааст. Сканери се-меҳварии piezo дар ҳар меҳвар диапазони ҳаракати 300 µm дорад. Ин диапазони калони паҳлуӣ имкон дод, ки пас аз ҳар қадами кашиш ҳамон як майдони дид дубора пайдо карда шавад.

• Майдони тасвири AFM: 30 µm × 30 µm.
• Қатъияти тасвир: 512 × 512 пиксел.
• Суръати кашиш: 10 mm/дақиқа.
• Қадами винти гардон: 1 mm.
• Режими AFM: tapping mode.
• Ҳарорати муҳит: тақрибан 25 °C.
• Басомади номиналии резонанси зонд: тақрибан 160 kHz.
• Собитаи пружина: 5 N/m.
• Радиуси нӯг: <8 nm.

Боркунӣ бо афзоишҳои 0,2 дар λ_macro татбиқ шуд. Дар ҳар ҳолати деформатсия гирифтани тасвир тақрибан 5 дақиқа давом кард ва плёнка дар ин муддат собит нигоҳ дошта шуд. Аз ин рӯ, муаллифон таҷрибаҳоро quasi-static арзёбӣ карданд.

Пайгирии ҳамон як зарра дар тамоми боркунӣ ва холӣкунӣ

Навоварии муҳими методологии ин таҳқиқот он аст, ки ба ҷои тасвир кардани минтақаи гуногуни сатҳ дар ҳар зинаи деформатсия, ҳамон як майдони дид дубора пайдо карда шудааст. Ба ин тартиб, таърихи боркунӣ ва холӣкунии як микрозарра, шаш ҳамсояи наздиктарини ибтидоии он ва ҷуфтҳои муайяни зарраҳо нигоҳ дошта шудааст.

Тасвирҳои пайдарпайи AFM аввал бо SIFT ҳамоҳанг карда шуда, беҳтарин табдили глобалии аффинӣ байни ду ҳолат ҳисоб карда шудааст. Сипас зарраҳо бо алгоритми marker-controlled watershed сегментатсия шуда, бо эллипсҳо моделсозӣ ва байни зинаҳои strain ҳамчун траекторияҳое, ки ҳувияташон қулф шудааст, мувофиқ карда шудаанд.

Таърифи дарозии зарра

Дарозии меҳвари калони зарраи ба эллипс мутобиқшуда a_k бо фосилаи хоси байнизарравии R₁, ки аз функсияи тақсимоти радиалии ибтидоӣ ба даст омадааст, нормализатсия шуда:

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

таъриф шудааст.

Ин бузургӣ таносуби воқеии деформатсияи якзарра нест; он дарозии зарраест, ки нисбат ба R₁-и хоси таркиб нормализатсия шудааст. Аз ин рӯ, таҳқиқот алоҳида санҷид, ки оё полидисперсии шакли ибтидоӣ паҳнои тақсимотро ба таври сунъӣ зиёд мекунад ё не ва ҳар зарраро нисбат ба меҳвари калони ибтидоии худаш a₀ дар шакли a_k/a₀ нормализатсия кард.

Натиҷаи асосии деформатсияи зарра

Гарчанде миёнаҳо ба ҳам наздиканд, паҳнои тақсимот ба таври равшан фарқ мекунад. Ин асоси миқдории фарқи “particle stretch ба ҷои strain distribution” дар унвони таҳқиқот аст.

Рафтори меҳвари кӯтоҳ

Барои меҳвари хурди эллипсии зарра b_k:

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

истифода шудааст. Дар λ_macro = 2,2 қиматҳои миёнаи λ_minor мутаносибан 0,98 ± 0,22, 0,98 ± 0,10 ва 1,02 ± 0,12 мебошанд.

Вақте меҳвари кӯтоҳи ҳар зарра нисбат ба қимати ибтидоии худ b₀ нормализатсия мешавад, плёнкаҳои 3 ва 5 mol% тақрибан дар сатҳи 0,99 ва 0,97 мемонанд, дар ҳоле ки плёнкаи 0,1 mol% тақрибан то 0,93 поин меравад. Аз ин рӯ, дар зарраҳои дорои пайвандгари салибии кам тангшавии паҳлуии тақрибан %7 равшантар аст, ки дарозшавиро дар тӯли меҳвари калон ҳамроҳӣ мекунад.

Барқароршавии чандири шакли зарра

Дар плёнкаи 0,1 mol% aspect ratio-и миёна зери бор то 2,36 афзуда, ҳангоми холӣкунии пурра ба 1,24 баргаштааст; қимати ибтидоӣ 1,22 аст. Дар плёнкаи 3 mol% aspect ratio аз 1,12 то 1,84 афзуда, боз ба 1,12 баргаштааст.

Паҳнои тақсимот низ барқарор шудааст. Дар плёнкаи 0,1 mol% инҳирофи стандартии λ_particle дар ҳолати боршуда 0,30 буд ва пас аз холӣкунӣ ба 0,21 баргашт; қимати ибтидоӣ 0,23 аст. Дар плёнкаи 3 mol% он аз 0,15 то 0,10 коҳиш ёфта, ба қимати ибтидоии 0,11 наздик шудааст.

Робитаи тартиби маҳаллӣ бо дарозшавии зарра

Дар плёнкаи 0,1 mol% дар λ_macro = 2,2 қимати миёнаи λ_particle-и зарраҳо дар минтақаҳои гексагоналӣ 1,64 аст, дар ҳоле ки дар тартибҳои монанд ба linear 1,88 мебошад. Байни тартиби маҳаллии бартаридошта ва λ_particle Spearman ρ = −0,43 ёфт шудааст.

Барои плёнкаи 3 mol% ρ = −0,409, барои плёнкаи 5 mol% бошад танҳо −0,108 аст. Муаллифон ин робитаҳоро на ҳамчун далели мустақили оморӣ, балки ҳамчун андозаҳои тавсифии таъсир, ки аз зарраҳои аз ҷиҳати фазоӣ коррелятсияшуда дар ҳамон майдони AFM гирифта шудаанд, тафсир мекунанд.

Чуқурии ҷӯяки байни зарраҳо ва interpenetration-и занҷирҳо

Дар сатҳи AFM чуқурии ҷӯяки байни ду зарраи ҳамсоя ҳамчун нишондиҳандаи фазои воқеии interpenetration байни сатҳҳои зарра истифода шудааст. Вақте занҷирҳо амиқтар ба ҳам медароянд, қаъри водии байни ду зарра боло меравад, бинобар ин ҷӯяки камчуқуртар бо interpenetration-и амиқтар алоқаманд аст.

Ҷӯякҳо дар самти кашиш бо зиёд шудани деформатсия амиқтар шуданд. Дар λ_macro = 2,2 афзоишҳо нисбат ба ибтидо барои 0,1, 3 ва 5 mol% тақрибан +36, +28 ва +36 nm мебошанд. Муаллифон ин афзоишро бо кашиши механикии занҷирҳои интерфейсие, ки ба ҳам даромадаанд, мувофиқ мешуморанд.

Дар самти паҳлуӣ баръакс рух дод: ҳангоми наздик шудани ҳамсояҳо ба ҳам аз сабаби тангшавии Poisson ҷӯякҳо камчуқуртар шуданд. Дар λ_macro = 2,2 тағйироти холис мутаносибан −12, −17 ва −28 nm мебошанд.

Ҳангоми тафсири ин натиҷаи паҳлуӣ як маҳдудияти муҳими методологӣ вуҷуд дорад. Азбаски ҳангоми кашиш пайвандҳо мегарданд, “пайванди паҳлуӣ” метавонад аз равзанаи кунҷӣ берун шавад ва шумораи пайвандҳои таҳлилшуда дар плёнкаҳои 0,1, 3 ва 5 mol% аз сатҳҳои ибтидоии 5.686, 6.915 ва 8.185 то 1.542, 564 ва 1.151 дар λ_macro = 2,2 коҳиш меёбад. Аз ин рӯ, каҷи ҷӯяки паҳлуӣ дар охири боркунӣ тамоми популятсияи ибтидоии пайвандҳоро намояндагӣ намекунад.

Оё интерфейсҳо ҳангоми холӣкунӣ барқарор мешаванд?

Дар плёнкаҳои 0,1 ва 3 mol% ҳам ҷӯякҳои меҳварӣ ва ҳам паҳлуӣ ҳангоми холӣкунӣ ба қиматҳои ибтидоӣ ба таври назаррас наздик шуданд. ΔZ_far дар плёнкаи 0,1 mol% аз 40,8 nm-и ибтидоӣ дар охири давр ба 43,3 nm; дар плёнкаи 3 mol% аз 54,0 nm ба 58,4 nm баргашт. ΔZ_trans бошад мутаносибан 31,8 → 35,0 nm ва 46,2 → 45,6 nm шуд.

Роҳҳои боркунӣ ва холӣкунӣ комилан ба ҳам наафтоданд; бинобар ин, гистерезиси мӯътадил вуҷуд дорад. Аммо барқароршавии умумӣ ба ҷои шикасти пластикии доимии интерфейс бо азнавташкилёбии баргаштпазири занҷирҳои ба таври физикӣ ба ҳам даромада мувофиқ аст.

Дар плёнкаи 5 mol% шохаи холӣкунии таҳлили чуқурии ҷӯяк дар λ_macro = 2,0 анҷом ёфт. Азбаски дар тасвири λ_macro = 1,8 тағйироти ногаҳонии контраст, ки ба кундшавии нӯги AFM ишора мекард, дида шуд, ин кадр аз таҳлили ҷӯяк хориҷ карда шуд.

Занҷираи пешниҳодшуда аз сохтор то гетерогении деформатсия

1. Зичии пайвандгари салибӣ зичии шабакаи зарраҳоро тағйир медиҳад.
2. Пайвандшавии салибии кам ҳангоми ташаккули плёнка ба interpenetration-и амиқтари занҷирҳои байни зарраҳо имкон медиҳад.
3. Ин режими interpenetration бо текстураи ибтидоие алоқаманд аст, ки шумораи зиёди донаҳои хурд ва бо самтгирии гуногун-ро дар бар мегирад.
4. Самтгирии гуногуни донаҳо ҳангоми кашиши якмеҳварӣ ба роҳҳои гуногуни табдили сохторӣ ворид мешаванд.
5. Ҳамин тавр, бе тағйири зиёди дарозшавии миёнаи зарра тақсимоти деформатсия васеъ мешавад.
6. Non-affinity-и изофӣ бештар дар миқёси мезоскопии дона пайдо мешавад, на дар тори якзарра.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот мустақиман дастгирӣ мекунад

• Плёнкаи 0,1 mol% нисбат ба плёнкаҳои 3 ва 5 mol% тақрибан шаш баробар фраксияи баландтари сарҳади дона дорад.
• Дар плёнкаи дорои пайвандгари салибии кам тақсимоти λlocal ва дарозшавии якзарра тақрибан ду баробар васеътар аст.
• Дар се таркиб дарозшавии миёнаи холиси зарра вобастагии низомманд аз пайвандгари салибиро нишон намедиҳад.
• Дар плёнкаи дорои пайвандгари салибии кам residual-и non-affine дар миқёси майдон дар боркунии барвақт хеле калонтар аст.
• Фарқи Cage-scale D²min аз фарқи миқёси майдон хеле хурдтар аст.
• Дар плёнкаҳои 0,1 ва 3 mol% тартиби маҳаллӣ, шакли зарра ва чуқурии ҷӯяки интерфейс ҳангоми холӣкунӣ асосан барқарор мешаванд.
• Чуқурии ҷӯякҳои ибтидоӣ бо зиёд шудани миқдори пайвандгари салибӣ меафзояд ва ин бо кам шудани interpenetration-и интерфейс мувофиқ аст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот мустақиман дастгирӣ намекунад

• Ин таҷриба мустақиман чен намекунад, ки плёнкаи 0,1 mol% аз плёнкаи 3 ё 5 mol% ба миқдори муайян тобовартар аст.
• Дар ин таҷриба каҷи шиддат–деформатсия, модули Young, деформатсияи шикаст ё энергияи шикаст чен нашудааст.
• Азбаски барои ҳар таркиб танҳо як плёнкаи рехташуда мавҷуд аст, такроршавандагии фарқиятҳои байни таркибҳо дар намунаҳои мустақил ҳанӯз нишон дода нашудааст.
• Азбаски AFM танҳо сатҳи озодро чен мекунад, якхела будани тамоми майдони деформатсия дар ҳаҷми дохилии плёнка мустақиман исбот нашудааст.
• Азбаски байни 0,1 ва 3 mol% нуқтаи додаҳо вуҷуд надорад, консентратсияи воқеии критикии “остона”-и пайвандгари салибиро муайян кардан мумкин нест.
• Сарҳади режими мушоҳидашуда метавонад ба ҷои остонаи воқеӣ қисми вобастагии консентратсионии хеле тез, вале пайваста/ба сершавӣ расанда бошад.
• Қиматҳои максималии λmacro-и омӯхташуда аз деформатсияи шикасти плёнкаҳо пасттаранд; таҳқиқот қисми барвақти роҳи деформатсияро тасвир мекунад.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

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

Тартиби муаллифон дар версияи боршудаи SSRN: Feng-Yueh Chan; Yuichiro Nishizawa; Yuma Sasaki; Daisuke Suzuki; Takayuki Uchihashi.

Муаллифони масъул: Feng-Yueh Chan ва Takayuki Uchihashi.

Муассисаҳо: 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.

Навъи манбаъ: Препринти таҳқиқотӣ.

Платформа: SSRN.

Рақами сабти SSRN: 7360228.

SSRN DOI: 10.2139/ssrn.7360228.

Санаи пешниҳоди SSRN: 27 Август 2026.

Баррасии ҳамтоён: Версияи боршуда аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст.

Сабти параллелии библиографӣ: Ҳамин унвон дар сабтҳои нашрии муассисавӣ ҳамчун препринти ChemRxiv низ ҷой дорад ва бо DOI-и 10.26434/chemrxiv.15007072/v2 рӯйхат шудааст. Дар ин сабт тартиби муаллифон фарқ мекунад. Ин матни Verianla муҳтавои илмӣ ва тартиби муаллифони версияи SSRN-и боркардаи корбарро асос мегирад.

Иҷозатнома: Дар PDF-и боршуда барои истифодаи такрорӣ иҷозатномаи кушодаи Creative Commons нишон дода нашудааст.

Маблағгузорӣ: JST CREST, Japan, Grant Number JPMJCR21L2.

Дастрасии додаҳо: Зикр шудааст, ки додаҳои зарра-ба-зарра ва пайванд-ба-пайванд, ки асоси Шаклҳои 2–8 мебошанд, аз муаллифи масъул бо дархости оқилона дастрас шуда метавонанд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки манфиати молиявӣ ё муносибати шахсии маълум, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Изҳорот оид ба зеҳни сунъии тавлидӣ: Муаллифон гуфтаанд, ки барои беҳтар кардани хондашавандагӣ ва ҷараёни забонии матни лоиҳа бо забони англисӣ Anthropic Claude Opus-ро истифода бурданд; сипас муҳтаворо худ баррасӣ ва таҳрир намуда, масъулияти версияи ниҳоиро ба ӯҳда гирифтанд.

Саҳмҳои CRediT: Feng-Yueh Chan — таҳқиқот, таҳлили формалӣ, нармафзор, куратсияи додаҳо, визуализатсия, усул ва лоиҳаи аввал; Yuichiro Nishizawa — захираҳо, таҳқиқот ва бозбинӣ; Yuma Sasaki — захираҳо, таҳқиқот ва бозбинӣ; Daisuke Suzuki — захираҳо, роҳбарӣ ва маблағгузорӣ; Takayuki Uchihashi — консептуализатсия, усул, нармафзор, роҳбарӣ, идоракунии лоиҳа, маблағгузорӣ ва вазифаҳои навиштанро иҷро кардааст.

Маҳдудиятҳои асосии методологӣ: Ҳар таркиби пайвандгари салибӣ танҳо бо як плёнкаи рехташуда ва як майдони диди AFM намояндагӣ мешавад. Шумораи зиёди зарраҳо такрорҳои мустақили мавод нестанд. AFM танҳо сатҳи озодро тасвир мекунад. Додаҳои шиддат–деформатсия дар ин таҷриба ҷамъоварӣ нашудаанд. Фраксияҳои сарҳади дона аз майдони таҳлилии 24 µm × 24 µm баромада, хусусияти ҳадди поёнӣ доранд. Диапазони максималии λmacro = 2,2–2,6 режими барвақти деформатсия пеш аз шикаст мебошад. Плёнкаи 5 mol% пурра холӣ нашудааст ва аз сабаби кундшавии нӯги AFM кадри охирини чуқурии ҷӯяк аз таҳлил хориҷ шудааст.

Ҳадди тафсири оморӣ: Азбаски зарраҳо дар ҳамон як майдони дид аз ҷиҳати фазоӣ коррелятсия шудаанд, қиматҳои Spearman ρ ҳамчун андозаи таъсир гузориш дода шуда, p-қиматҳои ба намунаҳои мустақил асосёфта истифода нашудаанд.