ACS Macro Letters | 北京航空航天大学：凝胶中玻璃态-橡胶态转变诱导的溶胀几何形状依赖性

背景：凝胶在生物医学器件、软体机器人等领域广泛应用，其溶胀动力学是影响材料性能的关键。传统理论基于菲克扩散模型认为，相同扩散长度的凝胶其溶胀动力学基本一致，调控溶胀速率多依赖改变化学条件。但在某些场景下不适合改变化学组分，因此需探索纯物理调控手段。研究目的：北京航空航天大学满兴坤教授课题组旨在研究玻璃态高分子凝胶的溶胀行为，探究几何形状对其溶胀动力学的影响机制，并建立相应的物理模型。结论：研究发现玻璃态凝胶溶胀属于Case II扩散，具有显著的几何形状依赖性。在相同扩散长度下，碟片形状溶胀最快，圆柱次之，球体最慢。其物理机制在于凝胶内部未溶胀的玻璃态核心对外层橡胶态区域产生机械约束，而不同几何形状改变了这种约束方式，从而影响溶胀速率。通过引入新的几何长度尺度Λ，研究提出一个统一公式，可用于预测复杂形状凝胶的溶胀时间，为通过结构设计调控凝胶响应速度提供了新思路。