在光學膠的研發(fā)中，我們常常面臨一個核心矛盾：通過精妙的分子設計與網絡構建，材料在理論上擁有了優(yōu)異的性能，但它在實際工況下的長期表現(xiàn)——能承受多少次彎折？在持續(xù)應力下會否失效？——卻往往因缺乏關鍵的連接數(shù)據而難以回答。

正如劉維民院士團隊在《Chemical Reviews》關于“聚合物凝膠力學調控”的重磅綜述中所指出的，前沿的解決思路是 “協(xié)同方法學”（synergistic methodology）——即協(xié)同運用分子工程與結構工程策略，以達成強度、韌性、彈性、疲勞等多重力學屬性的最佳權衡。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00498。

展示聚合物凝膠力學調控的普適力學機制以及分子工程和結構工程調控策略

理論上的“協(xié)同”

需要數(shù)據的“驗證”

該綜述詳盡闡釋了實現(xiàn)力學調控的兩大路徑，而這正對應著我們在材料測試中需要驗證的核心：

01

分子工程的驗證挑戰(zhàn)

通過引入多種非共價相互作用（如氫鍵、離子鍵、主客體作用），或調控交聯(lián)劑效應與鏈纏結密度，可以在分子尺度構建高效的能耗散機制。但關鍵在于：這些設計的“理論韌性”能否轉化為產品在百萬次循環(huán)載荷下的“實際耐疲勞性”？

02

結構工程的驗證挑戰(zhàn)

通過溶劑相調控、構建機械互鎖網絡或異質模量組分等宏觀拓撲結構，可以實現(xiàn)裂紋偏轉、應力分散等效果。但核心問題是：這些精心設計的結構，其失效的起點和路徑究竟是怎樣的？如何量化其抗裂紋擴展的能力？

展示通過協(xié)同方法學設計具有不相容性能的兼容性凝膠

跨越鴻溝：

連接微觀設計與宏觀失效的關鍵測試

要回答上述從該綜述中引申出的具體問題，僅依靠傳統(tǒng)的性能測試已顯不足。它需要一套能夠從基礎力學性能到長期失效機理的完整測試體系，以直接洞察材料在不同尺度下的力學行為。

在我們的研究與合作伙伴實踐中，以下測試方法被證明是打通從“設計理念”到“失效預測”認知閉環(huán)的關鍵：

建立材料力學“基線”：

基礎力學性能測試

• 單軸拉伸測試用于獲取材料最基本的彈性模量、拉伸強度與斷裂伸長率，是評估材料剛性、強度與延展性的基礎。
• 平面剪切與簡單剪切測試用于量化材料在剪切力作用下的模量與強度，對于評估光學膠在界面錯動或層間應力下的可靠性至關重要。
• 這些基礎數(shù)據不僅是材料篩選與質控的依據，更是構建精準本構模型、進行有限元仿真的必備輸入。

量化“非共價作用”的耗能效率：

動態(tài)疲勞裂紋擴展測試

綜述強調，非共價相互作用是分子工程的核心耗散機制。我們的此項測試，通過精確測量裂紋擴展速率（da/dN），能直接量化不同分子設計（如氫鍵密度、離子相互作用強度）在循環(huán)載荷下反復斷裂與重建的耗能效率，為評判分子設計方案的長期耐久性提供最直接的實驗證據。

預判“異質結構”的失效起點：

靜態(tài)蠕變裂紋擴展與多軸測試

針對綜述中重點提及的異質模量組分與機械互鎖等結構工程策略，靜態(tài)蠕變測試能揭示在持續(xù)應力下，裂紋是否傾向于在模量過渡區(qū)萌生和緩慢擴展。而雙軸十字拉伸測試則能評估異質結構在復雜應力狀態(tài)下的各向異性行為，判斷其設計是否真正實現(xiàn)了應力均化。

我司測試獲得的靜態(tài)蠕變裂紋擴展測試應力應變曲線

評估“網絡結構”的長期穩(wěn)定性：

應力松弛測試

無論是分子工程中的交聯(lián)劑效應，還是結構工程中的溶劑相調控，最終都影響了聚合物網絡的粘彈性。應力松弛測試能精準捕捉網絡鏈段在恒定形變下的重組與流動特性，預測材料在長期服役中的夾持力保持率，防止因應力松弛導致的粘接失效。

我司測試獲得的應力松弛測試應力應變曲線

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