【摘要】：軟物質(zhì)已與人們的日常生活息息相關(guān),在人類的生產(chǎn)和技術(shù)上有著極為廣泛的應(yīng)用。在當(dāng)今科學(xué)界,軟物質(zhì)已經(jīng)成為物理學(xué)科中的一個新興的前沿學(xué)科�？刂栖浳镔|(zhì)表面和界面的形貌和性質(zhì)為許多工程應(yīng)用提供了新的機(jī)會。折痕是軟物質(zhì)在自然狀態(tài)和工程應(yīng)用中被廣泛觀察到的失穩(wěn)模式,此時光滑的表面會折疊成一個局部的尖端自接觸區(qū)域,這種不穩(wěn)定狀態(tài)通常由機(jī)械加載或者膨脹引起。本文工作主要通過兩部分進(jìn)行探討。第一部分研究雙層水凝膠的膨脹失穩(wěn)下形成表/界面折痕。第二部分研究雙層水凝膠在壓縮和膨脹下的表面屈曲失穩(wěn)。在第一部分工作中,本論文通過對雙層水凝膠的數(shù)值模擬和實驗研究來探索表面和界面折痕之間的競爭機(jī)制。通過大量數(shù)值模擬,本論文發(fā)現(xiàn)雙層水凝膠在膨脹下失穩(wěn)的失穩(wěn)模式主要由上下層的模量比和高度比決定的,雙層水凝膠的界面折痕只能在適中的模量比和較大的高度比下才能發(fā)生。最終也通過實驗驗證了數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。在第二部分工作中,本論文結(jié)合線性理論、有限元模擬和實驗對雙層水凝膠的表面屈曲失穩(wěn)進(jìn)行研究。通過研究發(fā)現(xiàn)雙層結(jié)構(gòu)中上層薄膜的厚度會對表面失穩(wěn)形貌產(chǎn)生影響。通過研究也發(fā)現(xiàn)對上層水凝膠施加一定量的預(yù)膨脹同樣會對失穩(wěn)后的表面形貌和臨界失穩(wěn)應(yīng)變產(chǎn)生影響,最終整理結(jié)果得到一個相圖能夠有效的預(yù)測不同情況下失穩(wěn)的形貌變化。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB301
【圖文】：

對于軟物質(zhì)的表面形貌失穩(wěn)而言，失穩(wěn)的存在既有好的方面也有不好的方面。好的一方面在于，我們可以利用軟物質(zhì)在一定的載荷和刺激下容易形成表面形貌失穩(wěn)這一特性，制備出獨特的軟物質(zhì)表面形貌用來實現(xiàn)一些我們需要的材料性質(zhì)，例如親疏水性質(zhì)、粘附性質(zhì)等，這一方法廣泛的應(yīng)用于柔性電子、材料性能表征和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。另一方面，軟物質(zhì)的表面形貌失穩(wěn)也會導(dǎo)致一些不好的問題，對于一些實際的軟物質(zhì)的結(jié)構(gòu)或者產(chǎn)品，由于在復(fù)雜載荷下使用，可能形成一些無法控制和預(yù)測的復(fù)雜小形貌失穩(wěn)，這些失穩(wěn)往往會導(dǎo)致原本結(jié)構(gòu)的破壞，從而致使其本身的功能失效[5]。1.1.3 軟物質(zhì)的應(yīng)用軟物質(zhì)與人們的日常生活息息相關(guān)，在人類的生產(chǎn)和技術(shù)上有著極為廣泛的應(yīng)用。對軟物質(zhì)的進(jìn)一步深入研究也將對生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、食品、化學(xué)化工、材料、環(huán)境、工程等領(lǐng)域以及人們的日產(chǎn)生活產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。在當(dāng)今科學(xué)界，軟物質(zhì)已經(jīng)成為物理學(xué)科中的一個新興的前沿學(xué)科，也成為物理科學(xué)通向生命科學(xué)的橋梁。接下來將從幾個具體的方面介紹軟物質(zhì)的應(yīng)用。

往往需要在人體內(nèi)植入一些可以相容，并且具備傳感功在人體內(nèi)的測量等功能，這些都是傳統(tǒng)的傳感器所不能達(dá)，柔性傳感器順應(yīng)需求出現(xiàn)了并且得到了快速的發(fā)展。把單晶硅粘附在了柔性基底上，制備出了可以承受大面積 1.2 所示。Choi 等人則利用了軟物質(zhì)表面雙向失穩(wěn)的特承受較大變形的柔性電子器件，如圖 1.3 所示[7-10]。材料力學(xué)性質(zhì)的表征上也有著大量的應(yīng)用，像很多納米的力學(xué)性質(zhì)是很難用傳統(tǒng)的拉伸試驗機(jī)來進(jìn)行測量的，當(dāng)可以利用軟物質(zhì)的表面失穩(wěn)來對這些的材料進(jìn)行測量。比們可以把薄膜粘附在軟物質(zhì)基底上，然后對整個系統(tǒng)施加超過失穩(wěn)臨界值后，薄膜就會發(fā)生屈曲失穩(wěn)從而產(chǎn)生周期失穩(wěn)的波長就可以反推出薄膜的彈性模量，這種利用軟物量幾納米到幾毫米的薄膜，彈性模量的測量范圍可以 Mao 等人提出了一種基于軟物質(zhì)基底表面屈曲的方法，去測米纖維的力學(xué)性質(zhì)，如圖 1.4 所示，使用這種方法測量后

圖1.3雙向拉壓變形的柔性電子器件Fig1.3Bi-directionaltensionanddeformationofflexibleelectronicdevices

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本文編號：2770285