在分子水平上,什么使材料具有弹性?

时间:2022-05-13 13:39:46   作者:
这是构成材料的单元的形状记忆特性。分子力使材料具有首选形状,从而最小化维持分子结构所需的能量。弹性蛋白网络就是一个很好的例子。具有不同键角的分子链和各种交联分子构成了形状不规则的复杂网络:

什么使材料具有弹性

就你皮肤上的橡皮筋或弹性蛋白网而言,它们的形状不规则。长而交联的纤维释放后会恢复成卷曲的形状,使材料具有弹性。

什么使材料具有弹性

金属弹簧的单位不是纤维,但效果是相似的。在这种情况下,形状记忆取决于最小化金属晶体结构中的力。镍钛诺是一个特别有趣的例子,它的晶体结构可以在高温下改变,并在冷却后保持形状记忆:

什么使材料具有弹性

工程师使用应力-应变曲线来绘制材料对变形的响应:

什么使材料具有弹性

水平轴显示材料的变形,而垂直轴显示每单位面积需要的力,以导致这种变形。线下的面积是变形结构中储存的总能量。只要材料保持在线弹性区域(红色),力消除后,材料就会恢复到原来的形状。如果施加过大的力,就会进入塑性变形,不能完全恢复到原来的形状。超弹性材料,如橡皮筋,容易变形,但有一个非常大的弹性区域。
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