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为解决软材料低弹性模量、几何非线性和速率依赖性带来的力学响应表征难题，研究人员开展圆柱孔扩张（C-VCCE）法测软材料大变形力学性能研究。结果表明该法可有效测 PDMS 剪切模量（5 kPa~300 kPa），重复性高，克服传统方法局限。
在生物医学、软机器人等领域，软材料（如聚合物、水凝胶、生物组织）的应用日益广泛。然而，其低弹性模量、几何非线性行为以及速率依赖性特征，给精准表征力学性能带来巨大挑战。传统测试方法如单轴拉伸需制备标准试样，这对超软材料（如剪切模量低于 50 kPa 的材料）而言，因重力作用易变形，样品制备和夹持困难；压缩和压痕测试则受表面粘附与摩擦效应影响，导致结果差异大、重复性低。新兴的弹性成像技术虽可非接触测量，但基于线弹性假设，无法准确反映大变形行为，且测试结果受频率影响显著。因此，开发一种能在大变形条件下准确、可靠表征软材料力学性能的方法迫在眉睫。
为解决上述问题，研究人员开展了相关研究。不过文档中未明确提及研究机构。研究团队提出一种基于圆柱孔扩张的新型测试方法 —— 圆柱体积控制孔扩张法（C-VCCE）。通过在材料中预制细长均匀的圆柱孔，利用不可压缩流体注入实现体积控制扩张，同步测量孔壁压力与变形关系，以表征材料非线性力学性能。实验以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为对象，通过调整基体与交联剂比例制备不同硬度样品，验证了该方法的可行性与可靠性。研究表明，C-VCCE 方法可有效测量 PDMS 在 5 kPa 至 300 kPa 范围内的剪切模量，且重复性高，为软材料力学表征提供了新途径。该研究成果发表在《Extreme Mechanics Letters》。
研究主要采用以下关键技术方法：一是圆柱孔预制技术，通过特定模具浇铸法制备带有细长圆柱孔的 PDMS 样品，样品一端密封以防流体泄漏；二是体积控制孔扩张技术，通过注射器向圆柱孔内注入不可压缩流体，实现孔的体积控制扩张，并实时测量注入压力与孔壁变形（如拉伸比）数据；三是理论建模与数据拟合，基于圆柱孔扩张理论建立压力 - 变形关系模型，采用最小二乘法对实验数据进行拟合，计算材料剪切模量等力学参数。
验证实验在 PDMS
PDMS 作为常用硅橡胶，其力学性能常被忽视。研究采用不同基体与固化剂混合比例的 PDMS 样品，通过 C-VCCE 方法测量其力学性能。实验结果显示，该方法能有效捕捉不同硬度 PDMS 的响应，为 PDMS 等软材料的力学表征提供了可靠数据。
结果与讨论
实验测得不同混合比例 PDMS 样品的腔内流体压力随孔拉伸比的变化曲线，并拟合理论响应曲线。通过三次实验平均值，基于公式（13）采用最小二乘法拟合材料剪切模量，结果表明 C-VCCE 方法测量精度高，重复性优于传统单轴拉伸和常规 VCCE 测试，且适用于超软材料（剪切模量低至 1~50 kPa）的测试，而在此范围内单轴拉伸测试难以实施。
结论
研究提出的 C-VCCE 方法为软材料力学性能表征提供了一种准确、精密且重复性高的新手段。通过与圆柱孔扩张理论预测曲线对比，成功获取不同固化剂比例 PDMS 样品的剪切模量。该方法克服了传统测试方法在超软材料表征中的局限性，如单轴拉伸的样品制备难题及压痕测试的粘附摩擦效应，为软材料在生物医学、柔性器件等领域的应用提供了关键力学数据支撑，推动了软材料力学表征技术的发展。
