国重开放日活动专区

黏附各向异性是指黏附表面能获得的最大黏附力与最小黏附力的比值,是表面物理和化学的关键指标。相比于摩擦各向异性,只有少量的研究集中于黏附各向异性。然而黏附各向异性对仿生黏附材料的应用有重要的指导意义,决定着仿生表面黏附在应用中的可控性。

近年来,由于壁虎脚底刚毛杰出的黏附特性以及黏附各向异性(可达3个数量级),科研工作者们模仿并研制出了形式各异的仿生干黏附表面。这些表面虽然黏附强度较高,但黏附各向异性并不理想,大多小于20,远低于理论值(2个数量级)。基于此,田煜教授课题组受到壁虎刚毛以及甲虫末端钩爪结构的启发,提出了通过改变两相同沟槽阵列表面之间接触对齐状态获得超高黏附各向异性的策略。据此策略,两表面对齐接触时可以得到最大的黏附力,获得的黏附各向异性可达两个数量级,远超已报道的仿生干黏附表面。由于侧壁摩擦力的贡献,在对齐状态下对表面进行横向剪切,可以进一步提升黏附力。针对微米结构沟槽表面之间复杂的对齐问题,研究还提出了使用莫尔条纹来精确控制对齐状态的策略。本研究提出了一种控制黏附各向异性的新策略,有潜力于在柔性干黏附抓取器以及连接器方面得到应用。

研究成果以“Controlled Adhesion Anisotropy between Two Rectangular Grooved Surfaces”发表在“Advanced Materials Interfaces, 2018, 5, 1801268”上,并被选为了当期正刊的扉页文章。博士生刘哲瑜为文章的第一作者,田煜教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(51425502, 51505442)的支持。

图(a)为以文章内容为基础的本期杂志的扉页;图(b)为沟槽阵列表面示意图以及黏附力随两表面间对齐交叉角的变化;图(c)为微米结构沟槽阵列在不同对齐状态下拍摄的莫尔条纹。

原文链接:https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admi.201801268

上一篇:褚福磊教授课题组在能量采集方面取得新进展

下一篇:清华大学摩擦学国家重点实验室参与制造世界最快转子