火蚁筏的力学响应
摘要：火蚁（Solenopsis invicta）在密闭环境中或暴露于水中时通过自愿的蚁与蚁之间的连接形成凝聚性的集群。一旦形成，这些集群由于邻近蚁之间的动态键交换而表现为粘弹性固体，这在受限于流变仪的三维集群的力学响应中得到了证明。我们在此研究2D平面蚁筏的力学响应，其形态与自然界中形成的蚁筏大致相似。具体而言，我们对蚁筏进行单轴拉伸到破裂、以及在50％应变条件下进行两个周期的加载，并在之间进行不同的恢复时间。在进行这些实验的同时，我们测量了蚁筏的反作用力（以估计网络尺度的应力），以及网络瞬时速度场和拓扑损伤响应，以阐明全局力学的蚁尺度起源。蚁筏显示出了脆性行为，即使在缓慢应变速率条件下（相对于未加载的键脱离速率），瞬时断裂网络理论预测稳态蠕变。这证明了加载的蚁与蚁之间的键经历了机械敏感的键稳定化或起到了“捕捉键”的作用。这得到了由于双轴应力条件下裂隙的共聚和由于键解离而合并的支持。由于化学键解离而由链解离导致的裂隙共聚的时间尺度提供了证据，即即使在缓慢应变速率下，拉伸化学键的局部解离主要是应变（而不是化学键寿命）相关的，这意味着在拉伸下化学键脱离速率显著降低。重要的是，当通过将蚁筏恢复到无应力的状态关闭裂隙时，会发生力学恢复，这确认了存在浓度相关的键的关联性，结合力减小的解离，可在特定应力状态下进一步加强网络的凝聚力。
作者：Robert J. Wagner, Samuel Lamont, Zachary T. White, Franck J. Vernerey
论文ID：2307.11966
分类：Soft Condensed Matter
分类简称：cond-mat.soft
提交时间：2023-07-25