功能梯度球形水凝胶的化学力学耦合分析

论文摘要

作为一种新型智能材料,水凝胶具有特殊的化学力学耦合性能.采用功能梯度形式可使得水凝胶具有更好的适应性和可调控性.本研究中假设交联密度沿径向按幂函数规律变化,并基于水凝胶的大变形多场耦合一般理论,采用Flory-Huggins自由能函数,建立了功能梯度球形水凝胶在球对称情形的控制方程,并开展了功能梯度球形水凝胶在给定内压和化学势情行的非均匀大变形溶胀行为的理论研究.计算结果表明,不同梯度指数的球形水凝胶的内压–内孔半径曲线和内压–内表面径向伸长率曲线均呈现出一段稳定区间和另一段不稳定区间,说明内压超出某临界值会发生失稳并导致水凝胶的最终破坏.内压的临界值随梯度指数的增大而增大.研究表明,功能梯度球形水凝胶的材料参数（梯度指数、亲疏水特性、交联密度和溶剂分子的体积）和环境化学势对水凝胶溶胀行为具有重要的影响.在给定内表面压力的情况下,功能梯度球形水凝胶内表面的径向位移随梯度指数的改变接近为线性变化,而随其他参数的影响都呈现出明显的非线性.本研究有助于实现水凝胶智能结构和器件在复杂条件下的精准调控.

论文目录

• 引言
• 1 力学模型及基本方程
• 2 求解方法
• 3 数值结果与分析
•   3.1 梯度指数α的影响
•   3.2 材料参数N0v的影响
•   3.3 材料参数χ的影响
•   3.4 环境参数μ*的影响
•   3.5 参数对内外表面位移响应的影响
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 杨健鹏,王惠明

关键词: 功能梯度水凝胶,化学力学耦合,溶胀行为,大变形,球对称

来源: 力学学报 2019年04期

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 有机化工

单位: 浙江大学工程力学系,浙江大学浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室

基金: 国家自然科学基金资助项目(11772296,11621062)

分类号: TQ427.26

页码: 1054-1063

总页数: 10

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