受约束水凝胶中干燥引起的空化现象

在软质材料中经常可以观察到空化现象。以往的研究大多集中在弹性体在不同机械载荷下的空化问题上。在本文中，我们研究了干燥引起的约束水凝胶中的空化现象。考虑到凝胶的表面张力和化学力学，我们计算了系统的自由能作为空腔尺寸的函数。自由能图呈现双阱结构，类似于一阶相变。在临界湿度以上，凝胶内部的空腔很小。在临界湿度以下，空腔尺寸较大。在临界湿度下，空腔尺寸突然且不连续地增大。我们进一步表明，凝胶在干燥过程中会引起局部大拉伸，从而可能导致断裂。