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的转印及其与UV/Ozone处理的PDMS基体的键合,制备了硬薄膜/功能梯度软基体系统。(2)针对功能梯度弹性体表面失稳,建立了理论模型,得到表面失稳临界条件,包括临界屈曲应变和屈曲波长。在有限元分析中,构建依赖深度的模量分布,建立了功能梯度弹性体面内受压发生失稳的平面应变有限元模型。在实验研究中,结合自制压缩台和台阶仪(或光学显微镜),实现功能梯度弹性体表面形貌的原位测量(或观察)。最后,以具有指数衰减模量分布的功能梯度弹性体(即UV/Ozone处理的PDMS)为例,系统分析了材料属性和几何参数对功能梯度弹性体表面失稳临界条件的影响,并揭示了表面屈曲形貌的演变规律。结果表明,功能梯度弹性体在压应变作用下先出现正弦模式的屈曲形貌,随着压应变增加,正弦模式屈曲形貌逐渐转变成圆弧模式屈曲形貌,随后,圆弧模式转变成双周期模式,并伴随着叠痕模式和折痕模式形貌。(3)针对薄膜/功能梯度软基体系统表面失稳,进行了理论研究,得到表面失稳的临界屈曲应变和屈曲波长。在有限元分析中,实现了模量随深度变化的弹性基体的建模,并进一步建立了薄膜/功能梯度软基体系统面内受压失稳的平面应变有限元模型。在实验研究中,实现了对薄膜/功能梯度软基体系统表面形貌的原位测量(或观察)。以薄膜/具有指数衰减模量分布的功能梯度软基体系统为例,分析了薄膜、功能梯度弹性基体的材料属性和薄膜的几何参数对薄膜/功能梯度软基体系统表面失稳临界条件的影响。最后,以单晶硅条/功能梯度PDMS基体为例,揭示了表面屈曲形貌的演变规律。结果表明,薄膜/功能梯度软基体系统在压应变作用下先出现正弦模式的屈曲形貌,随后直接变为双周期模式。