文档介绍：壁虎仿生粘附材料
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CONTENTS
一:壁虎的吸、脱附机制
二:仿壁虎粘附阵列的设
计与制造
三:研究现状及展望
壁虎的吸、脱附机制
几个世纪以来,人们一直惊讶于一些动物如壁虎、蚊子、苍蝇等超强的吸、脱附能力。壁虎可以在各种基底上自由地爬行,即便是在天花板上也可以1m/s 的速度迅速地移动;独特的粘附作用源自于自然界长期的进化,研究其吸、脱附机理对仿制与之类似的生物材料有着巨大的启示作用。
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静电说?
范德华力?!
粘液说?
吸盘说?
壁虎的脚底根本不存在腺体
使用x射线轰击靶材消除静电引力后,在离子化的条件下刚毛仍然能够实现粘附。
壁虎放在玻璃罩子里,然后把玻璃罩里的空气抽走,结果壁虎仍然可以爬上垂直的玻璃
范德华力?!
假设为范德华力:壁虎脚部的粘附力随着所接触基底的表面能的增加而增加,Kellar Autumn等人利用单根刚毛的粘附力,使用JKR模型对抹刀形顶端的半径进行了近似估计,~ um,与实验测量值很接近。
本模板的所有素材和逻辑图表,均可自由编辑替换和移动。
他们使用两种不同的疏水性聚合物(硅树脂橡胶和聚酯树脂)制造了仿壁虎的绒毛结构,并测量其与AFM探针间的粘附力,发现47%~63%的粘附力都是由范德华力提供的。在这几种主要证据的支持下,范德华力被普遍认为是壁虎实现粘附的主要机理。[1]
Kellar Autumn等人利用MEMS技术制造的高精度二维压阻悬臂梁测量了壁虎单根刚毛的粘附力,最大值为194+25 uN 。所有刚毛同时粘附并达到最大值时,壁虎的脚掌可产生约1300 N的粘附力。[1]
壁虎在竖直的墙壁上能以1m/s的速度快速爬行,在没有任何测量到外拉力的条件下,刚毛在15 ms内能轻松脱离基底。那么爬行中迅速的脱离是怎样实现的呢?
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Kellar Autumn等人发现,当刚毛与基底成30ﾟ角时会突然发生脱离,说明可能存在脱离的临界角。整个脱离过程就像是在剥离条带,这可能是随着角度的增加,刚毛边缘的应力增加,导致绒毛与基底间的连接出现裂纹,裂纹逐渐增大造成脱离。[1]
另外一种解释:
以壁虎绒毛与基底接触点为支点,绒毛另一端与基底的距离为力臂,吸附和脱附时拖拽力均平行于基底,但方向相反。脱附时的力臂远远大于吸附过程中的力臂,由杠杆原理知,壁虎仅需用很小的力即可让绒毛与基底分离。[1]
仿壁虎粘附阵列的设计与制造
壁虎的粘附阵列是一种性能优异的干性粘着剂,由于是范德华力起主要作用,粘附力主要受绒毛材料和几何形状的影响,这为人们仿制粘附阵列提供了很大的可能性。
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