功能梯度软材料及系统表面失稳研究

发布时间：2024-06-10 23:48

　　因表面失稳形成的周期结构由于其优良的力学、光学和热学性能,在柔性电子、光学调控、材料性能测试等众多领域具有广阔的应用前景,已引起学界和工业界的广泛关注。目前,大部分表面失稳研究都是针对均质软材料或薄膜/均质软基体系统,而对功能梯度软材料或薄膜/功能梯度软基体系统的表面失稳行为研究甚少,但是,实际系统中又往往包含功能梯度软材料,例如经表面处理的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、人体皮肤等。本文结合理论、有限元与实验,研究了功能梯度软材料和薄膜/功能梯度软基体系统表面失稳行为,系统分析了材料属性和几何参数对表面失稳临界条件的影响,并探究了后屈曲形貌演变规律,这些结果为精确调控功能梯度软材料和薄膜/功能梯度软基体系统表面失稳形貌提供了科学依据。本文研究内容可归纳如下:(1)采用UV/Ozone处理的方法,制备了功能梯度软材料:表面改性PDMS。以该材料为研究对象,提出均质软材料保护层概念,并借助原子力显微镜(AFM),测试了梯度软材料杨氏模量。发现经过UV/Ozone处理的PDMS是一种典型的功能梯度软材料,其杨氏模量随深度变化而变化,并呈现指数衰减模式。基于微纳工艺并借助胶带转印技术实现单晶硅条...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１自然界表面失稳现象：（ａ）植物瓜果波纹状表皮⑵；（ｂ）动物皮肤褶皱Ｉ３】；（ｃ）??大脑皮层沟壑（ｄ）消化道表面绒毛⑴??最原始、最常见的软物质莫过于构成生命体的软组织

最原始、最常见的软物质莫过于构成生命体的软组织。因此生命组织中的表??面失稳最为常见，且形貌最为复杂：动植物屈曲表皮［２＊３，６－９】、大脑皮层［４，ＩＱ＿１２］、??消化道绒毛、气管、食道【５，１３，｜４】等，如图１－１所示。生命体中失稳表面的形成原??１??

图１－２薄膜／基体系统单向受压表面失稳形貌图［１６］：?Ｕ）折痕形貌；（ｂ）分层屈曲形貌；（ｃ）??屈曲形貌；（ｄ）凸脊形貌；（ｅ）双周期形貌；（ｆ）叠痕形貌??

应变不协调，当这种不协调积累到一定程度后，原本平整的表面发生失稳形成各??种不同的形貌：（１）折痕。基体表面有尖锐的自接触折痕，折痕塌陷使得表面出??现局部沟壑，如图１－２?（ａ）所示（２）分层屈曲。表面波纹与软基体脱离而??形成屈曲，如图１－２?（ｂ）所示［１５］；?（３）屈曲....

图１－４表面失稳在光学调控中的应用：（ａ）微结构形成的结构色ｆ２５】；（ｂ）表面屈曲波纹衍??射光栅（ｃ）形状记忆聚合物微结构阵列［２７］；?（ｄ）可调控的透光薄膜Ｉ２８］；?（ｅ）可调控的??透光薄膜［２９］；??４??

在柔性基体上，桥结构导线与软基体弱键合，当软基体预拉伸释放后，桥结构导??线失稳出现分层屈曲，刚性岛结构基本不变形。岛桥结构能够确保电子器件的性??能在各种荷载作用下不受影响，如图１－３?（ｃ）所示。??（ａ）??ｍｉｍ??（ｂ）?（ｃ）??—ｇｗ??（ｄ）?（ｅ）??ｕｖｏ??....

图1-5表面失稳在材料性能测试中的应用

浙江大学博士学位论文?第一章绪论??光学调控。如图１－４?（ａ）所示，植物表面（例如花瓣、果皮、树叶）微结构??给植物带来了缤纷色彩在这些微结构中不乏规律的褶皱形貌，这些褶皱结??构形成衍射光栅结构，从而形成了“结构色”［２５，３１］。Ｈａｒｒｉｓｏｎ等针对硬薄膜／软??基体系统....

本文编号：3992080