学术报告 | 高性能软材料的设计及其力学性能研究

弹性体广泛应用于执行器、柔性电子产品、软机器人等领域。这些多样化的应用要求弹性体不仅要具有高刚度，还要具备卓越的疲劳抗性。开发既坚固又耐疲劳的弹性体是一项关键挑战，这需要材料能够承受大量机械负荷，同时在变形循环中保持结构完整性。尽管已经开发的软材料的疲劳阈值可达到约1000J/m²，但其模量通常约为1MPa，限制了其应用。本研究通过控制网络中纳米片的取向，采用剪切力策略，在设计刚性、耐疲劳的弹性体方面取得了突破。这些弹性体在保持8MPa的高弹性模量的同时，实现了1900J/m²的高疲劳阈值。这些优越的机械性能归因于纳米片微观对齐的协同效应以及聚合物链与纳米片之间在纳米尺度上的强界面粘结。当纳米片体积分数低于渗流阈值时，分散良好的纳米片通过与聚合物之间的强界面粘结有效地转移负载，显著抑制疲劳裂纹的扩展。相反，当超过渗流阈值时，聚集的纳米片会在基体中产生缺陷，降低承载能力。这种创新的弹性体展示了广泛的应用潜力，包括汽车部件、执行器和可拉伸电子设备等领域，在这些领域，高机械稳定性和承载能力至关重要。

孙桃林，华南理工大学前沿软物质学教授，博士生导师。现任中国力学学会软物质力学工作组成员和广东省力学学会理事。长期从事智能软物质材料（水凝胶、弹性体）结构力学和功能性设计方面的研究。主要通过高分子合成手段精准设计软物质材料模型体系，结合流变和散射研究手段，从分子尺度到介观尺度解析软材料的变形机制，凝练材料的微观结构与宏观性能之间的构效关系，进而反馈材料多尺度结构设计原则，实现智能软材材料的力学和功能按需集成化。目前已在Nat. Mater., Adv. Mater, AFM，Macromolecules, Mech Mater, Appl. Phys. Lett., Soft Matter等国际主流期刊上发表学术论文70余篇。主持和参与国家自然科学基金面上项目、重点项目、广东省自然科学基金面上项目、珠江人才计划引进创新创业团队项目和企业联合项目等10余项。