溶胀凝胶在扫描探针作用下的变形响应分析开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

(1)论文的目的及意义:

压痕试验的原理是通过一定形状的压头(球体,圆柱体,或者其它椎体等)将荷载施加在被测材料表面上,使材料表面产生压痕(即发生塑性变形),再根据总施加荷载与所产生压痕深度、面积之间的关系,推断材料的力学性能。与传统的实验方法(简单的拉伸和压缩实验)相比,这一方法对试样少有或几乎没有制备的要求,试样的尺寸可以比较小,而且不会对试样造成很严重的损伤。当压头尺寸缩小到微纳米级别时(如原子力显微镜AFM中的扫描探针),还可以通过压痕试验在较高空间分辨率下测定非均质材料的局部力学性能。

近年来,有学者尝试将压痕方法用于凝胶材料的研究,以表征其溶胀变形与力学行为。凝胶是一种由高分子交联网络和溶剂分子组成的特殊体系。通过吸收或释放大量溶剂分子,凝胶可以发生剧烈的溶胀变形,且这一过程通常伴随着数量上高达几百倍的体积改变。凝胶的溶胀是一个耦合了大变形与流动扩散的过程,其变形响应受到很多因素影响,如温度、光照、pH值和外加电场等。由于凝胶弹性体具有活跃的化学和力学性质,在诸多工程领域(如传感器件、组织工程、医药输运、表面处理等)都获得了广泛关注和应用。

在许多人工构筑的工程设施和自然形成的生物组织中,凝胶和组织物通常处于一个受限制的空间内。例如在某些微流动装置中,常使用凝胶贴合在管道上,利用其溶胀效应来实现外边界的封装。同样,自然界中的植物通常利用其溶胀效应来输运内部蕴含的大量水分。

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