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观察水凝胶吸水溶胀
把带电基团困在凝胶边界内，观察水分子涌入——高吸水材料背后的分子引擎。
目标
用渗透解释溶胀：固定电荷吸水直到弹性网络回推；联系婴儿纸尿裤与农用凝胶。
仪器与试剂
下方粒子视图；可选一勺干凝胶珠加一杯水做真实演示。
步骤
- 观察红色带电粒子：它们在虚线边界处弹回——聚合物网络把它们关在凝胶内。
- 观察蓝色水粒子：可双向自由穿过边界，但流入多于流出。
- 升高温度：粒子运动加快，水更快涌入——溶胀加速，但平衡位置不变。
- 设想去掉电荷（非离子凝胶）：吸入的水会少得多——电荷密度决定溶胀率。
观察要点
- 被困离子提高了内部浓度，水因此流入凝胶——这就是渗透作用，无需泵。
- 溶胀会自动停止：被拉伸的聚合物网络像弹簧一样回推，与渗透吸力平衡。
讲解
聚丙烯酸酯水凝胶的链上带有固定 基团。由于电荷无法离开，水向内扩散以稀释它们（渗透）；网络被拉伸，直到弹性恢复力与渗透压平衡——即 Flory–Rehner 理论。交联密度和电荷比例决定溶胀率：高吸水纸尿裤利用这一点（吸水达干重数百倍），农用水凝胶则缓慢向根部释放水分。
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