近日，中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所孟凡龍課題組，通過(guò)考慮微尺度鍵交換反應(yīng)，構(gòu)建了鍵交換型液晶彈性體的連續(xù)體理論模型，揭示了鍵交換型液晶彈性體在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中可能呈現(xiàn)的普適性流變學(xué)特性。

應(yīng)力遲豫：通過(guò)施加固定幅度的形變，鍵交換型液晶彈性體會(huì)在施加形變的同時(shí)產(chǎn)生向列序。此后，鍵交換型液晶彈性體的應(yīng)力會(huì)隨時(shí)間指數(shù)衰減，同時(shí)伴隨著向列序的序參量隨時(shí)間呈現(xiàn)指數(shù)衰減（圖2）。

固定應(yīng)變速率時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：通過(guò)施加固定應(yīng)變速率的應(yīng)變，鍵交換型液晶彈性體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線會(huì)呈現(xiàn)先增后減的非單調(diào)特性，其中曲線的最高點(diǎn)被定義成應(yīng)變屈服點(diǎn)（yielding point）。由于形變與向列序的耦合，鍵交換型液晶彈性體的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)比無(wú)向列序的類(lèi)玻璃體（vitrimer）“更軟”。增加固定的應(yīng)變速率，鍵交換型液晶彈性體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線會(huì)向上移，并接近交聯(lián)鍵永久型液晶彈性體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖3）。

蠕變屈服：通過(guò)施加固定幅度的應(yīng)力，鍵交換型液晶彈性體會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)應(yīng)變。由于鍵交換反應(yīng)帶來(lái)的能量耗散，應(yīng)變會(huì)隨著時(shí)間增加，如液體般呈現(xiàn)“流動(dòng)”的特性。科研人員通過(guò)定義有效黏度發(fā)現(xiàn)，有效黏度會(huì)隨著固定應(yīng)力的增加而減小。同時(shí)，該研究通過(guò)分析應(yīng)變的時(shí)間演化發(fā)現(xiàn)，鍵交換型液晶彈性體有應(yīng)變變稀的行為（圖4）。

近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。

論文鏈接

圖1.?鍵交換型液晶彈性體示意圖，其交聯(lián)鍵可通過(guò)某些化學(xué)交換反應(yīng)發(fā)生交換

圖2.?鍵交換型液晶彈性體的應(yīng)力遲豫

圖3.?鍵交換型液晶彈性體在固定應(yīng)變速率時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（實(shí)線為鍵交換型液晶彈性體，虛線為類(lèi)玻璃化彈性體）

圖4.?鍵交換型液晶彈性體的蠕變屈服（實(shí)線為鍵交換型液晶彈性體，虛線為類(lèi)玻璃化彈性體）