一种水凝胶界面粘接强度的调控方法与流程

技术特征：
1.一种水凝胶界面粘接强度的调控方法，其特征在于，包括：结合有限元模拟和实验测量的水凝胶内离子含量，得到水凝胶内离子扩散系数；将离子浓度饱和的第一水凝胶与无可自由移动离子的第二水凝胶粘接，并建立相应的电路模型；根据所述扩散系数、所述电路模型结合实验测量的电流数据、粘接强度数据，得到不同电场作用下水凝胶粘接强度与电流的关系；根据所述电流数据计算得到水凝胶界面的离子等效电荷量，从而得到所述离子等效电荷量与粘接强度的调控关系。2.根据权利要求1所述的水凝胶界面粘接强度的调控方法，其特征在于，所述结合有限元模拟水凝胶内的离子含量包括：使用有限元方法计算水凝胶在饱和离子溶液中，水凝胶区域内离子总量随时间变化的情况。3.根据权利要求2所述的水凝胶界面粘接强度的调控方法，其特征在于，所述使用有限元模拟包括：所述离子从饱和溶液中向所述水凝胶区域内的扩散过程描述为：其中，t表示时间，c
ion
表示水凝胶内部某点可自由移动离子的浓度，d
ion
为可自由移动离子在水凝胶中的扩散系数。4.根据权利要求3所述的水凝胶界面粘接强度的调控方法，其特征在于，所述使用有限元模拟还包括：使用式ii计算相应时间点的水凝胶中离子浓度数据c
i
(i＝1，2，3...n)：其中，ω表示水凝胶区域，v
gel
表示水凝胶体积。5.根据权利要求4所述的水凝胶界面粘接强度的调控方法，其特征在于，所述得到水凝胶内离子扩散系数包括：将有限元模拟和实验测量的水凝胶内离子含量得到结果进行比较，当时，即可分别得到离子在第一水凝胶、第二水凝胶中的扩散系数d
iona
、d
ionb
，其中，其中，表示实验测定的水中离子浓度平均值；c
i
(i＝1，2，3...n)为实验测量的水凝胶内浓度的数据；argmax是表示对后面方括号内的函数表达式针对不同离子浓度进行计算并求得最大值；r2是对有限元数据与实验测量数据的吻合度的评估值。6.根据权利要求1所述的水凝胶界面粘接强度的调控方法，其特征在于，所述建立相应
的电路模型包括：建立相应的时域与拉式域电路模型，该电路模型包含所述第一水凝胶的自身电阻、所述第二水凝胶的自身电阻、所述水凝胶界面的电阻与电容。7.根据权利要求6所述的水凝胶界面粘接强度的调控方法，其特征在于，所述根据所述扩散系数、所述电路模型得到电流数据包括：通过拉式域电路模型根据基尔霍夫定律建立表达式，计算得到：通过拉式域电路模型根据基尔霍夫定律建立表达式，计算得到：其中，i
s
(s)与分别是干路电流i(t)和所述第一水凝胶与第二水凝胶的组合结构局部电流在拉式域的表达式；e为电路模型等效电动势；s为拉式域的复参变量，q
c0
表示所述第一水凝胶与第二水凝胶粘接部分的电容初始电荷量；r
a
为第一水凝胶等效电阻，r
b
为第二水凝胶等效电阻，r
c
为所述水凝胶界面的等效电阻，c为水凝胶界面的等效电容。8.根据权利要求7所述的水凝胶界面粘接强度的调控方法，其特征在于，所述根据所述扩散系数、所述电路模型得到电流数据还包括：根据式v、式vi做拉式逆变换，得到时域空间内电流i(t)、从而得到电容器充电电流i
c
(t)为：其中，t为从粘接开始计算的时间。9.根据权利要求8所述的水凝胶界面粘接强度的调控方法，其特征在于，所述得到不同电场作用下水凝胶粘接强度与电流的关系包括：结合实验测量的粘接强度与所述式
ⅶ
中所得的电容器充电电流的计算结果，得到不同电场作用下水凝胶粘接强度与电流的关系。10.根据权利要求9所述的水凝胶界面粘接强度的调控方法，其特征在于，所述离子等效电荷量的表达式为：根据不同电场作用下水凝胶粘接强度与电流的关系得到所述离子等效电荷量与所述粘接强度的调控关系。

技术总结
本公开提供一种水凝胶界面粘接强度的调控方法，包括：结合有限元模拟和实验测量的水凝胶内离子含量，得到水凝胶内离子扩散系数；将离子浓度饱和的第一水凝胶与无可自由移动离子的第二水凝胶粘接，并建立相应的电路模型；根据扩散系数、电路模型结合实验测量的电流数据、粘接强度数据，得到不同电场作用下水凝胶粘接强度与电流的关系；根据电流数据计算得到水凝胶界面的离子等效电荷量，从而得到水凝胶粘接界面区域离子等效电荷量与粘接强度的调控关系。本公开通过将理论模拟与实验数据结合，最终得到水凝胶粘接区域内离子含量与粘接强度的关系，进而指导精准控制水凝胶粘接强度，在水凝胶智能粘附、微结构精准控制等领域具有潜在应用价值。具有潜在应用价值。具有潜在应用价值。


技术研发人员：黄建永 汪溥頔 刘雅倩 苏醒 冀国俊
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：2021.08.02
技术公布日：2021/10/23