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武汉大学薛龙建课题组《Small》:受壁虎刚毛和树蛙脚掌启发的仿生表面,实现黏附力和摩擦力的同步提升。

分类: 学术科研     作者: 陈敏     审核:     来源: 本站     时间:2021-01-01    访问量:1096   

      结合模仿两种或两种以上生物的特征,可以创造出超越其原型生物特性的新材料或装置,甚至获得原型生物中不存在的新性能。受壁虎刚毛的启发,具有T型末端结构的微纳米柱状阵列是最具影响的结构。它可以降低结构的有效模量,增大接触面积,调控界面的应力分布,从而提高结构的黏附力。另一方面,有研究表明树蛙脚掌的模量从表面向内部逐渐降低,这样的模量梯度有助于提高黏附力和提高结构的耐磨性。受这两种动物黏附结构特征的启发,薛龙建教授课题组(NISE-Lab)将两者结合起来,构建了新型黏附结构。该工作以“Adhesion Enhancement of Micropillar Array by Combining the Adhesive Design from Gecko and Tree Frog”为题发表在Small, 2020, 2005493上,博士生刘权、谭迪和孟凡栋为共同第一作者,刘胜教授和薛龙建教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划项目的支持。


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TG的(A-F)设计原理和(G)黏附、(H)摩擦性能


      利用CaCO3纳米颗粒与基体聚二甲基硅氧烷(PDMS)的密度差,结合软印刷技术与离心法,获得在柱体高度方向上具有梯度模量的微米柱阵列;进一步采用墨印技术在微米柱顶端形成T形结构,从而制备出具有梯度弹性模量的T形微米柱阵列(TG)。当CaCO3体积分数(Vcal)为14.6 vol%和梯度率为403.4 kPa /μm时,TG的Fad (218.1 ± 3.5 kPa)达到具有T形PDMS微米柱阵列(仿壁虎刚毛的最佳结构设计)Fad的4.6倍,摩擦力达到2.4倍。该工作将受壁虎启发的干态黏附剂的性能推到了一个新的高度,为超强黏附和摩擦材料提供了新的设计原理和制造技术。


相关论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/smll.202005493

NISE-Lab 课题组网站:http://niselab.whu.edu.cn/


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