在介面力學的研究中,資料表面的基本性質由表面張力與表面能所决定,兩者之間的熱力學關係以及對介面形變的響應機理至今依然是該領域的研究重點。現時,科學界已知液體的表面張力與其表面能始終相等,而另一方面,晶格固體的表面張力與表面能則隨形變呈現不同的變化規律,其差別由固體的介面彈性模量决定。然而,對於具有無序結構的軟物質固體資料(如高分子凝膠,細胞膜,玻璃態物質等),其表面張力與表面能的關係卻尚無定論。同時,由於光學成像分辯率的限制,實驗上對固體毛細現象的直接量測一直以來都十分的困難。
近日,香港科技大學物理系助理教授許欽課題組在《軟物質》(Soft Matter)雜誌發表封底(Back Cover)文章“The role of crosslinking density in surface stress and surface energy of soft solids”.許欽課題組利用新型開發的雷射共聚焦成像科技,系統地量測了軟凝膠在不同交聯密度下的表面力學特徵。通過在多尺度下對由浸潤引起的凝膠表面形變進行精確表徵,許欽課題組定量地確定了凝膠表面張力與表面能隨交聯密度的變化關係,從而給出了凝膠表面性質如何從固態向液態轉變的直接實驗證據。該項研究成果不僅有利於理解無序固體資料的介面熱力學性質,同時為軟體機器人、智慧仿生器件等應用領域設計功能軟物質資料提供了有力的實驗與理論基礎。
該論文的通訊作者為香港科技大學物理系助理教授許欽,第一作者為香港科技大學物理系博士生趙唯偉。本工作獲得了香港資研局的資金支持。
論文連結:https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2022/sm/d1sm01600
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