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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2505.21075 (cond-mat)
[提交于 2025年5月27日 ]

标题: 从机械分析角度模拟水凝胶中的水分蒸发

标题: Modeling of Water Evaporation in Hydrogels from Aspect of Mechanical Analytics

Authors:Zehua Yu, Yongshun Ren, Kang Liu
摘要: 水蒸发对于气相应用中的水凝胶至关重要,但由于分子间相互作用的复杂性和持续变形,理论建模非常困难。在这项工作中,我们构建了一个简化的模型,通过仅考虑机械拉伸来描述水凝胶内部的水的状态。我们使用“负压”来连接水中的拉伸力和聚合物网络产生的弹性力。结合水凝胶的弹性本构方程和经典的扩散方程,该模型可以普遍计算不同水凝胶的饱和蒸汽压、动态蒸发速率和实时变形。计算结果与常用的聚2-羟乙基甲基丙烯酸酯和聚丙烯酰胺水凝胶(具有多种成分)在稳态和动态过程中的实验结果吻合良好。此外,该模型预测,高模量的水凝胶在开放环境中表现出更强的保水能力。
摘要: Water evaporation is critically important for hydrogels in open-air applications, but theoretically modeling is difficult due to the complicated intermolecular interactions and sustained deformation. In this work, we construct a simplified model to describe the state of water inside the hydrogel by only considering mechanical stretching. We employ "negative pressure" to bridge the stretching force in water and elastic force generated by the polymer network. Combined with a constitutive equation of elasticity for hydrogels and classic diffusion equation, this model gives a universal solution to calculate the saturated vapor pressure, dynamic evaporation rates and real-time deformation of different hydrogels. The calculated results agree well with experiments results both in steady state and dynamic process for commonly used poly 2-hydroxyethyl methacrylate and polyacrylamide hydrogels with diverse components. In addition, the model predicts that, hydrogels with high modulus shows stronger ability to retain water in open environment.
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft)
引用方式: arXiv:2505.21075 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2505.21075v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.21075
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Zehua Yu [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 5 月 27 日 12:00:37 UTC (1,865 KB)
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