摘要：作為一種新型智能材料,水凝膠具有特殊的化學力學耦合性能.采用功能梯度形式可使得水凝膠具有更好的適應性和可調控性.本研究中假設交聯密度沿徑向按冪函數規律變化,并基于水凝膠的大變形多場耦合一般理論,采用Flory-Huggins自由能函數,建立了功能梯度球形水凝膠在球對稱情形的控制方程,并開展了功能梯度球形水凝膠在給定內壓和化學勢情行的非均勻大變形溶脹行為的理論研究.計算結果表明,不同梯度指數的球形水凝膠的內壓、內孔半徑曲線和內壓、內表面徑向伸長率曲線均呈現出一段穩定區間和另一段不穩定區間,說明內壓超出某臨界值會發生失穩并導致水凝膠的最終破壞.內壓的臨界值隨梯度指數的增大而增大.研究表明,功能梯度球形水凝膠的材料參數(梯度指數、親疏水特性、交聯密度和溶劑分子的體積)和環境化學勢對水凝膠溶脹行為具有重要的影響.在給定內表面壓力的情況下,功能梯度球形水凝膠內表面的徑向位移隨梯度指數的改變接近為線性變化,而隨其他參數的影響都呈現出明顯的非線性.本研究有助于實現水凝膠智能結構和器件在復雜條件下的精準調控.