Large Strain and Fracture Properties of Poly(dimethylacrylamide)/Silica Hybrid Hydrogels

材料科学 复合材料 聚合物 自愈水凝胶 韧性 弹性模量 体积分数 纳米颗粒 模数 磁滞 断裂韧性 高分子化学 纳米技术 量子力学 物理
作者
Wei‐Chun Lin,Wei Fan,Alba Marcellan,Dominique Hourdet,Costantino Creton
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:43 (5): 2554-2563 被引量:303
标识
DOI:10.1021/ma901937r
摘要

The synthesis and mechanical characterization of novel, tough poly(N,N-dimethylacrylamide) (PDMA)−silica hydrogel hybrids are presented to understand the role played by strong physical interactions between silica nanoparticles and the PDMA polymer on the properties of chemically cross-linked highly swollen PDMA networks. A detailed comparison of the hybrids with unmodified PDMA gels indicates that the incorporation of silica nanoparticles in the hydrogel increases the compression strength and the fracture toughness of notched samples up to an order of magnitude while increasing its modulus by a factor of 6 with a volume fraction of particles of the order of only 7%. The hybrid gels present a strain-dependent hysteresis but no permanent damage or residual strain upon unloading even after repeated cycling, a very unique property for such tough hydrogels. The reason for this exceptional increase in toughness is attributed mainly to the combined effect of breakable silica/polymer bonds and of a wide distribution of elastic chain lengths.
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