摘要：作為一種新型智能材料,水凝膠具有特殊的化學(xué)力學(xué)耦合性能.采用功能梯度形式可使得水凝膠具有更好的適應(yīng)性和可調(diào)控性.本研究中假設(shè)交聯(lián)密度沿徑向按冪函數(shù)規(guī)律變化,并基于水凝膠的大變形多場(chǎng)耦合一般理論,采用Flory-Huggins自由能函數(shù),建立了功能梯度球形水凝膠在球?qū)ΨQ情形的控制方程,并開(kāi)展了功能梯度球形水凝膠在給定內(nèi)壓和化學(xué)勢(shì)情行的非均勻大變形溶脹行為的理論研究.計(jì)算結(jié)果表明,不同梯度指數(shù)的球形水凝膠的內(nèi)壓、內(nèi)孔半徑曲線和內(nèi)壓、內(nèi)表面徑向伸長(zhǎng)率曲線均呈現(xiàn)出一段穩(wěn)定區(qū)間和另一段不穩(wěn)定區(qū)間,說(shuō)明內(nèi)壓超出某臨界值會(huì)發(fā)生失穩(wěn)并導(dǎo)致水凝膠的最終破壞.內(nèi)壓的臨界值隨梯度指數(shù)的增大而增大.研究表明,功能梯度球形水凝膠的材料參數(shù)(梯度指數(shù)、親疏水特性、交聯(lián)密度和溶劑分子的體積)和環(huán)境化學(xué)勢(shì)對(duì)水凝膠溶脹行為具有重要的影響.在給定內(nèi)表面壓力的情況下,功能梯度球形水凝膠內(nèi)表面的徑向位移隨梯度指數(shù)的改變接近為線性變化,而隨其他參數(shù)的影響都呈現(xiàn)出明顯的非線性.本研究有助于實(shí)現(xiàn)水凝膠智能結(jié)構(gòu)和器件在復(fù)雜條件下的精準(zhǔn)調(diào)控.
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